環(huán)境工程原理的教學(xué)方法探討與實(shí)踐課件

1、環(huán)境工程原理的教學(xué)方法探討與實(shí)踐清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系張 旭2009年11月22日環(huán)境工程原理課程定位環(huán)境污染控制工程 環(huán)境凈化與污染控制技術(shù)的基本原理和過程計(jì)算的基本理論分析問題和解決問題的方法論提高污染物去除效率理論基礎(chǔ)和手段方法 問題提取問題解決環(huán)境工程原理課程定位基礎(chǔ)性綜合性系統(tǒng)性抽象性涉及基礎(chǔ)知識(shí)多內(nèi)容深信息量大需要投入大難度特點(diǎn)問題和挑戰(zhàn)問題： 學(xué)生在接觸專業(yè)課之前，對(duì)很多工程中的分離、反應(yīng)過程不了解，很難建立概念模型表面催化反應(yīng)濾床中的傳質(zhì)過程管流系統(tǒng)：湍流流動(dòng)中流體質(zhì)點(diǎn)摻混和近壁處層流底層的關(guān)系 【例1】汽車尾氣凈化凈化器，尾氣中所含的NO與凈化器中的催化劑接觸，在凈化劑表面

2、發(fā)生還原反應(yīng)，這一反應(yīng)過程可看作氣體NO通過靜止膜的一維穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過程。氣相主體第三節(jié) 分子傳質(zhì)【例2】填料床內(nèi)裝填可反應(yīng)的固體顆粒，液體以表觀速度流過床層，通過一定床層高度后，水中物質(zhì)濃度發(fā)生變化。 對(duì)流傳質(zhì)過程和物料衡算相結(jié)合在微元段內(nèi)對(duì)苯酸作質(zhì)量衡算，穩(wěn)態(tài)情況下， 流出量流入量+溶解量溶解量:為單位床層體積的苯酸表面積流入量流出量飽和濃度 第四節(jié) 對(duì)流傳質(zhì) 問題和挑戰(zhàn) 思維在工程的實(shí)際過程和抽象的理論知識(shí)之間穿梭 學(xué)生用到最多的形容詞：糾結(jié)。如何讓學(xué)生理解本課程作為專業(yè)基礎(chǔ)課的 地位和作用？如何讓學(xué)生建立工程概念？如何讓學(xué)生理解工程中包涵的基本原理和基本理論？要求： 先介紹實(shí)際污染控制等過

3、程，然后抽象出來，形成概念模型，再回到實(shí)際應(yīng)用中挑戰(zhàn)： 教學(xué)方法探討探索課堂講授與自學(xué)、課堂討論、案例分析、實(shí)驗(yàn)等多種方式相結(jié)合的教學(xué)方式，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。教學(xué)方法主要體現(xiàn)在： 課堂教學(xué)與科研、工程實(shí)踐相結(jié)合 1靈活、多樣、針對(duì)性強(qiáng)的教學(xué)方式2 啟發(fā)式、討論式、參與式的教學(xué)方法3教學(xué)方法探討 課堂教學(xué)與科研、工程實(shí)踐相結(jié)合 1根據(jù)環(huán)境學(xué)科的科研進(jìn)展和趨勢(shì)，結(jié)合系里老師的科研成果，不斷拓展和更新授課內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生追求真理、崇尚科學(xué)、勇于探索的熱情。增加了大量的水處理工程、大氣污染控制工程、固體廢棄物處理處置工程等環(huán)境污染控制以及生態(tài)修復(fù)方面的研究成果和工程應(yīng)用實(shí)例。采用

4、生動(dòng)的例子和照片說明復(fù)雜的抽象問題。教學(xué)方法探討 課堂教學(xué)與科研、工程實(shí)踐相結(jié)合1實(shí)例圖片展示和系統(tǒng)原理介紹提出其中具有共性的基本現(xiàn)象和所包含的基本原理讓學(xué)生了解所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)可以解決什么樣的實(shí)際問題，使學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)產(chǎn)生濃厚的興趣提出一些科研中的難點(diǎn)，如土壤多相體系中傳質(zhì)過程的強(qiáng)化，以及傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)特征的描述等，激發(fā)學(xué)生的求知欲環(huán)境工程原理基礎(chǔ)?環(huán)境工程的重要任務(wù)之一：污染控制第一篇 環(huán)境工程原理基礎(chǔ) 內(nèi)涵城鎮(zhèn)污水處理廠： 去除污水中懸浮物、有機(jī)物、氮、磷等氣體處理系統(tǒng)： 工業(yè)廢氣治理煙氣脫硫 室內(nèi)空氣凈化去除甲醛等揮發(fā)性有機(jī)污染物固體介質(zhì)處理： 危險(xiǎn)廢物，固定重金屬等 污染土壤修復(fù)，去

5、除有機(jī)污染物或重金屬等 環(huán)境工程原理基礎(chǔ)?環(huán)境工程的重要任務(wù)之一：污染控制從各種介質(zhì)（水，氣，固）中去除/分離污染物方法、技術(shù)、工藝、設(shè)備分離/轉(zhuǎn)化/隔離快過程速率加快過程速率加快反應(yīng)和輸移過程速率傳質(zhì)過程提高速率、強(qiáng)化過程的措施第一篇 環(huán)境工程原理基礎(chǔ) 內(nèi)涵例2：水體污染控制云南滇池暴雨徑流氮磷污染控制沸石潛流濕地技術(shù)填料植物微生物有機(jī)物氮、磷土壤層沸石層1、水流輸移Veg-N2、植物吸收3、植物衰亡4、礦化作用5、硝化作用N26、反硝化作用NH4-N7、吸附/解吸Org-NNH4-NNO3-N進(jìn)水Org-NNH4-NNO3-N出水Org-NNH4-NNO3-N反應(yīng)單元潛流濕地系統(tǒng)中氮素的遷

6、移轉(zhuǎn)化過程控制暴雨徑流中的氨氮微生物分解：氨氮 硝酸鹽 氮?dú)馓盍衔胶徒馕霭钡诵膯栴}： 氨氮、氧、有機(jī)物、硝酸鹽等的傳質(zhì)生物膜NO3N2N2NH3NH3NO3植物吸收Org-N(0.02)NH4-N(0.06)NO3-N(0.08)植物態(tài) N衰亡 0.15氨化 0.15吸收 0.93吸附態(tài) N吸附 273.58解吸 271.25吸收 0.63硝化 0.5612.234.737.2710.332.85細(xì)胞態(tài) N同化 2.17衰亡 2.1411.64N2反硝化 4.23來水單位：g N d-1氮素的去除途徑：微生物分解，植物吸收，填料吸附氮素的物料衡算例3：污染土壤修復(fù)富集作用（生物、基質(zhì)）改善

7、水分分布和持水能力增強(qiáng)氣體傳輸、擴(kuò)散微生物修復(fù)石油污染土壤 土壤 被吸附的基質(zhì) 微生物膜 吸附的氧 游離的氧 游離的基質(zhì) 多相非均質(zhì)復(fù)雜體系傳質(zhì)成為重要制約因素（1）添加載體強(qiáng)化傳質(zhì)：（2）電動(dòng)修復(fù) 施加電場(chǎng) 定向遷移 例4：流體輸送處理系統(tǒng)的流體輸送給水排水管道工程 市政給水系統(tǒng) 建筑給水系統(tǒng) 建筑熱水供應(yīng)系統(tǒng) 質(zhì)量衡算與能量衡算流體輸送、流體中的分離或混合過程加熱、冷卻、設(shè)備保溫等熱量傳遞通過吸收、吸附、萃取、膜分離，以及生物、化學(xué)反應(yīng)等，分離去除污染物質(zhì)量傳遞給水排水管道工程流體流動(dòng)給水處理、污水處理，廢氣處理固體廢棄物處理，污染土壤修復(fù)污染水體修復(fù)物質(zhì)和能量的輸移第I篇 環(huán)境工程原理基

8、礎(chǔ)為什么要學(xué)習(xí)分離過程？在環(huán)境領(lǐng)域哪些問題涉及分離過程？分離都有什么手段？本篇主要講授內(nèi)容？第II篇 分離工程原理混合體系自然界是混合體系。在生活和生產(chǎn)過程中常常會(huì)遇到對(duì)混合體系中的物質(zhì)進(jìn)行分離的問題。在環(huán)境凈化和污染控制領(lǐng)域，研究對(duì)象通常都是混合體系（非均相和均相）問題的出現(xiàn)？形形色色的固體廢物大氣煙塵成份復(fù)雜的廢水混合污染體系例1：給水處理工藝原水混凝 沉淀過濾 消毒飲用水 分離去除懸浮物、膠體、細(xì)菌等雜質(zhì)北京水源九廠例2：大氣煙塵凈化除塵器（分離去除粉塵）排放旋風(fēng)分離器水力旋流器教學(xué)方法探討靈活、多樣、針對(duì)性強(qiáng)的教學(xué)方式2突出課程重點(diǎn)和難點(diǎn)，針對(duì)不同難易程度的內(nèi)容，采取靈活的、針對(duì)性強(qiáng)的

9、教學(xué)方式教學(xué)方法探討靈活、多樣、針對(duì)性強(qiáng)的教學(xué)方式2簡(jiǎn)單的內(nèi)容，采取學(xué)生自學(xué)方式 如：常用物理量及單位換算 常用物理量及其表示方法只強(qiáng)調(diào)本課程中重要的概念： 質(zhì)量比、質(zhì)量流量、通量等教學(xué)方法探討靈活、多樣、針對(duì)性強(qiáng)的教學(xué)方式2復(fù)雜、難以理解的內(nèi)容重點(diǎn)講授精心制作課件，幫助同學(xué)理解抽象的內(nèi)容 質(zhì)量傳遞部分的總體流動(dòng) 剪切應(yīng)力產(chǎn)生的原因及其作用 邊界層分離等在靜止介質(zhì)中由于分子擴(kuò)散所引起的質(zhì)量傳遞問題 靜止流體相界面組分A通過氣相主體向相界面擴(kuò)散 依靠分子擴(kuò)散NA在相界面附近，組分A沿?cái)U(kuò)散的方向?qū)⒔⒁欢ǖ臐舛确植?第三節(jié) 分子傳質(zhì)空氣與氨的混合氣體 （靜止）氨空氣氨的分壓 p減小流體自氣相主體向

10、相界面流動(dòng) 空氣分壓增大反向擴(kuò)散 可視為空氣處于沒有流動(dòng)的靜止?fàn)顟B(tài)相界面氨的擴(kuò)散量增加相界面上，氨溶解于水氣相總壓減小，形成總壓梯度第三節(jié) 分子傳質(zhì)一、單向擴(kuò)散 總通量流動(dòng)所造成的傳質(zhì)通量疊加于流動(dòng)之上的分子擴(kuò)散通量總通量？第三節(jié) 分子傳質(zhì)(一)擴(kuò)散通量（1）實(shí)際流體具有黏性容器中被攪動(dòng)的水最終會(huì)停 止運(yùn)動(dòng) 在空氣中擺動(dòng)的物體，隨著時(shí)間的推移，擺動(dòng)不斷衰減，最終會(huì)停止。 黏性：在運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下，流體所產(chǎn)生的抵抗剪切變形的性質(zhì) 第二節(jié) 流體流動(dòng)的內(nèi)摩擦力二、流體流動(dòng)的內(nèi)摩擦力(一)牛頓黏性定律現(xiàn)象（1）：結(jié)論（1）：（2）流動(dòng)的流體內(nèi)部存在相互作用力？第二節(jié) 流體流動(dòng)的內(nèi)摩擦力剪切力：流體內(nèi)部相鄰

11、兩流體層的相互作用力剪切應(yīng)力：?jiǎn)挝幻娣e上所受到的剪切力現(xiàn)象（2）：結(jié)論（2）：層流流動(dòng)的分子存在不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)發(fā)生分子動(dòng)量傳遞 相鄰兩層流體動(dòng)量不同 使相鄰兩流體層產(chǎn)生相互作用力黏性流體，圓心處施加力使其流動(dòng)速度變化比較大、黏性力不能忽略的區(qū)域邊界層流速很小，速度梯度很大u01904年，普蘭德（Prandtl）提出了“邊界層”概念，認(rèn)為即使對(duì)于空氣、水這些黏性很低的流體，黏性也不能忽略，但其影響僅限于壁面附近的薄層，即邊界層；離開表面較遠(yuǎn)的區(qū)域，則可視為理想流體。邊界層理想流體因剪切應(yīng)力而受阻減速無滑移u0yx第三節(jié) 邊界層理論一、邊界層的概念 流體流過表面曲率較大的曲面時(shí)，邊界層外流體的速度和

12、壓強(qiáng)均沿流動(dòng)方向發(fā)生變化，邊界層內(nèi)的流動(dòng)會(huì)受到很大影響 流道斷面變化流速變化壓強(qiáng)變化？u 增大，壓強(qiáng)減小u 減小，壓強(qiáng)增加第三節(jié) 邊界層理論三、邊界層分離 (二)過程分離點(diǎn) 逆壓區(qū)流體慣性力與壓強(qiáng)差克服流體的黏性力 順壓區(qū)流體慣性力克服黏性力和逆壓強(qiáng) 流體質(zhì)點(diǎn)的速度逐漸減小 D點(diǎn)近壁面處流體質(zhì)點(diǎn)速度為零D點(diǎn)之后?第三節(jié) 邊界層理論三、邊界層分離 分離點(diǎn) 尾流（1）壁面附近的流體速度方向相反，發(fā)生倒流（逆壓梯度）D點(diǎn)之后：（2）產(chǎn)生旋渦尾流區(qū)（3）旋渦中的流體具有很大的角速度和旋轉(zhuǎn)動(dòng)能，使其壓力降低，產(chǎn)生較大的形體阻力第三節(jié) 邊界層理論三、邊界層分離 繞過圓柱的穩(wěn)態(tài)流動(dòng)尾部的反向流動(dòng)是典型特征，

13、且隨Re的增加變得更加明顯教學(xué)方法探討靈活、多樣、針對(duì)性強(qiáng)的教學(xué)方式2復(fù)雜、難以理解的內(nèi)容重點(diǎn)講授精心制作課件，幫助同學(xué)理解抽象的內(nèi)容對(duì)于不同過程，突出共性，幫助同學(xué)分析問題的本質(zhì)，也避免類似過程的重復(fù)講授 如沉降分離、傳質(zhì)平衡等相對(duì)運(yùn)動(dòng)流體：液體氣體固體顆粒物液珠重力場(chǎng)離心力場(chǎng)電場(chǎng)慣性力場(chǎng)重力沉降離心沉降電沉降慣性沉降擴(kuò)散沉降流體阻力沉降表面：器底、器壁或其他表面處理構(gòu)筑物的形成例：沉降分離的一般原理和類型 例：吸收、吸附、萃取的傳質(zhì)平衡共性問題先把吸收的工藝講透吸附、萃取兩個(gè)過程講解時(shí)，學(xué)生就容易理解。教學(xué)方法探討靈活、多樣、針對(duì)性強(qiáng)的教學(xué)方式2復(fù)雜、難以理解的內(nèi)容重點(diǎn)講授制作直觀的多媒體

14、課件，幫助同學(xué)理解抽象的內(nèi)容對(duì)于不同過程，突出共性，幫助同學(xué)分析問題的本質(zhì)，也避免類似過程的重復(fù)講授由過程的表觀現(xiàn)象入手，剖析宏觀機(jī)理和微觀過程，透過現(xiàn)象看本質(zhì) 如表面過濾、沉降分離、傳質(zhì)等回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)工作過程示意第二節(jié) 表面過濾的基本理論某一過濾時(shí)間t時(shí)的過濾狀態(tài) p 過濾壓差 相應(yīng)的濾液量為V 過濾速度u定義為： dt微分過濾時(shí)間, s dVdt時(shí)間內(nèi)通過過濾面的濾液量, m3 A過濾面積, m2 Lm（表觀）（7.2.1）第二節(jié) 表面過濾的基本理論過濾速度與推動(dòng)力之間的關(guān)系可用下式（Darcy 定律）表示： Rm：過濾介質(zhì)過濾阻力, 1/mRc：濾餅層過濾阻力, 1/m假設(shè)rm，r分別

15、為過濾介質(zhì)和濾餅層的過濾比阻, 1/m2 Rm= rmLm；Rc= rL (7.2.2) (7.2.4) Ruth 過濾方程r：與過濾介質(zhì)上形成的濾餅層的孔隙結(jié)構(gòu)特性有關(guān)L：與濾液量有關(guān)，在過濾過程中是變化的。 第二節(jié) 表面過濾的基本理論將比阻計(jì)算式代入式（7.2.8），得：令則：令q=V/A，qe=Ve/A（qe稱為過濾介質(zhì)比當(dāng)量濾液體積），則 (7.2.12)（濾餅過濾基本方程）(7.2.10)(7.2.11)第二節(jié) 表面過濾的基本理論三、沉降分離設(shè)備例1：污水處理廠污水處理：平流沉淀（砂）池例2：氣體凈化：降塵室（除塵器）凈化氣體凈化液體lbh含塵氣體含懸浮物液體ui沉淀池或降塵室工作過

16、程示意圖dc為滿足除塵或懸浮物要求， t停t沉即：流體中直徑為dc的顆粒完全去除的條件。 位于沉淀池（降塵室）最高點(diǎn)的顆粒沉降至池底需要的時(shí)間為 ：流體通過沉淀池（降塵室）的時(shí)間為: 氣體混合物中組分分離吹脫去除液體中揮發(fā)性組分汽提去除水、氣體和固體中污染物的過程吸收萃取吸附膜分離離子交換 傳質(zhì)過程：分離中的傳質(zhì)過程：第一節(jié) 環(huán)境工程中的傳質(zhì)過程根據(jù)氣體混合物中各組分在同一溶劑中的溶解度不同，使氣體與液體充分接觸，其中易溶的組分溶于溶劑進(jìn)入液體，而與非溶解的氣體組分分離 氣體混合物中組分分離廢氣中SO2的去除廢氣中氨的去除第一節(jié) 環(huán)境工程中的傳質(zhì)過程某石油化工區(qū)地下水色-質(zhì)聯(lián)機(jī)檢測(cè)譜圖稠環(huán)芳烴

17、類： 15.73 %苯系物類 ： 62.66%烷烴類 ： 7.83%酯、醛、酮 ：13.78% 石油類污染物：540mg/L吹脫去除液體中揮發(fā)性組分第一節(jié) 環(huán)境工程中的傳質(zhì)過程試驗(yàn)系統(tǒng)圖吹脫吹脫去除液體中揮發(fā)性組分第一節(jié) 環(huán)境工程中的傳質(zhì)過程氣水比5:1油去除率50%60% 不同氣水比時(shí)油濃度變化曲線 吹脫去除液體中揮發(fā)性組分第一節(jié) 環(huán)境工程中的傳質(zhì)過程氣體混合物中組分分離吹脫去除揮發(fā)性組分汽提液體混合物中組分分離染料廢水處理樣品石油烴分離測(cè)定去除水、氣體和固體中污染物的過程吸收萃取吸附膜分離離子交換 傳質(zhì)過程：分離中的傳質(zhì)過程：第一節(jié) 環(huán)境工程中的傳質(zhì)過程利用液體混合物中各組分在不同溶劑中溶

18、解度的差異分離液體混合物 液體混合物中組分分離染料廢水處理第一節(jié) 環(huán)境工程中的傳質(zhì)過程氣體混合物中組分分離吹脫去除揮發(fā)性組分汽提液體混合物中組分分離染料廢水處理樣品石油烴分離測(cè)定氣體或液體混合物中組分分離活性炭吸附水中有機(jī)物去除水、氣體和固體中污染物的過程吸收萃取吸附膜分離離子交換 傳質(zhì)過程：分離中的傳質(zhì)過程：第一節(jié) 環(huán)境工程中的傳質(zhì)過程當(dāng)某種固體與氣體或液體混合物接觸時(shí)，氣體或液體中的某一或某些組分能以擴(kuò)散的方式從氣相或液相進(jìn)入固相氣體或液體混合物中組分分離活性炭吸附水中有機(jī)物第一節(jié) 環(huán)境工程中的傳質(zhì)過程氣體混合物中組分分離吹脫去除揮發(fā)性組分汽提液體混合物中組分分離染料廢水處理樣品石油烴分離

19、測(cè)定氣體或液體混合物中組分分離活性炭吸附水中有機(jī)物去除水中陰陽(yáng)離子制作純水去除水中重金屬高分子薄膜為分離介質(zhì)，組分選擇性地透過膜制作純水海水淡化截留某些組分去除水、氣體和固體中污染物的過程吸收萃取吸附膜分離離子交換 傳質(zhì)過程：分離中的傳質(zhì)過程：第一節(jié) 環(huán)境工程中的傳質(zhì)過程以天然或人工合成的高分子薄膜為分離介質(zhì)，當(dāng)膜的兩側(cè)存在某種推動(dòng)力（如壓力差、濃度差、電位差）時(shí)，混合物中的某一或某些組分可選擇性地透過膜，從而與混合物中的其它組分分離 膜分離電滲析第一節(jié) 環(huán)境工程中的傳質(zhì)過程反應(yīng)中的傳質(zhì)過程：催化氧化法凈化汽車尾氣第一節(jié) 環(huán)境工程中的傳質(zhì)過程生物膜法凈化污水質(zhì)量傳遞的推動(dòng)力溫度差壓力差電場(chǎng)或磁

20、場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)差濃度差第一節(jié) 環(huán)境工程中的傳質(zhì)過程 氣相、液相、固相之間的傳質(zhì)過程對(duì)于污染物分離過程具有重要影響主要內(nèi)容傳質(zhì)的機(jī)理分子擴(kuò)散渦流擴(kuò)散實(shí)際傳質(zhì)過程中的速率？費(fèi)克定律受流動(dòng)影響靜止介質(zhì)中的擴(kuò)散流動(dòng)流體中的擴(kuò)散分子傳質(zhì)對(duì)流傳質(zhì)第二節(jié) 質(zhì)量傳遞的基本原理 教學(xué)方法探討 始終貫穿“啟發(fā)式教學(xué)”的思想，使學(xué)生積極思考、主動(dòng)參與，注重啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力 啟發(fā)式、討論式、參與式的教學(xué)方法3教學(xué)方法探討 啟發(fā)式、討論式、參與式的教學(xué)方法3通過日常生活和環(huán)境工程中的現(xiàn)象或過程，啟發(fā)學(xué)生思考基本現(xiàn)象，理解基本原理，引導(dǎo)學(xué)生的開放性思維 例如，在熱量傳遞單元中以房間內(nèi)的人體為感知對(duì)象，讓同學(xué)回憶冬季和夏季、有風(fēng)

21、和無風(fēng)等情況下對(duì)冷熱的感覺，然后回答為什么，從中理解傳熱的過程和機(jī)理，使學(xué)生在簡(jiǎn)單的現(xiàn)象中掌握抽象的基礎(chǔ)知識(shí) 以房間暖氣片和實(shí)驗(yàn)室的加熱裝置分析對(duì)流傳熱過程 流體在外加能量的作用下處于流動(dòng)狀態(tài)自然對(duì)流傳熱流體由于內(nèi)部溫度差產(chǎn)生密度差而流動(dòng)套管式換熱器 暖氣片8進(jìn)水桶水浴泵出水桶氣泵反應(yīng)器進(jìn)水泵第一節(jié) 熱量傳遞的方式水浴鍋強(qiáng)制對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱過程的分類教學(xué)方法探討 啟發(fā)式、討論式、參與式的教學(xué)方法3通過具有研究性質(zhì)的作業(yè)，鼓勵(lì)學(xué)生自己得出結(jié)論，知識(shí)掌握得牢固，鍛煉了分析問題的能力 例如，在熱量傳遞單元中通過計(jì)算和數(shù)學(xué)推導(dǎo)，得出兩種導(dǎo)熱性能不同的保溫材料的正確布置方式分析高爾夫球和鯊魚皮泳衣中包含

22、的流體力學(xué)原理，從而得出摩擦損失和局部損失對(duì)流動(dòng)阻力的影響 房間與室外環(huán)境的傳熱過程思考題1：高爾夫球表面有300500個(gè)小凹坑，試解釋原因思考題2：“鯊魚皮”泳衣比傳統(tǒng)泳衣降低4%的阻力，創(chuàng)造了流體力學(xué)的奇跡，試分析其原理。第三節(jié) 邊界層理論塑形排水槽讓水流 “粘”在身邊 粗糙表面摩擦阻力大。但是，當(dāng)表面粗糙促使邊界層湍流化以后，造成分離點(diǎn)后移，形體阻力會(huì)大幅度下降。 （2）物體表面的粗糙度的影響（3）幾何形狀的影響尾流區(qū)的大小形體阻力第四節(jié) 流體流動(dòng)的阻力損失湍流時(shí)，摩擦阻力較層流時(shí)大。但與層流時(shí)相比，分離點(diǎn)后移，尾流區(qū)較小，形體阻力將減?。粚恿鲿r(shí)，摩擦阻力小，但尾流區(qū)較湍流時(shí)大，形體阻力

23、較大。 （1）流態(tài)的影響層流邊界層和紊流邊界層都會(huì)發(fā)生分離在相同的逆壓梯度下，層流邊界層和紊流邊界層哪個(gè)更容易發(fā)生分離？（由于層流邊界層中近壁處速度隨y的增長(zhǎng)緩慢，逆壓梯度更容易阻滯靠近壁面的低速流體質(zhì)點(diǎn)）結(jié)論：湍流邊界層的分離點(diǎn)延后產(chǎn)生第三節(jié) 邊界層理論三、邊界層分離 (四)流態(tài)的影響層流底層厚度 在湍流流動(dòng)時(shí)，管壁的粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)產(chǎn)生影響其影響與Re和相對(duì)粗糙度有關(guān)相當(dāng)于光滑管，與粗糙度無關(guān)與Re無關(guān)，阻力平方區(qū)第四節(jié) 流體流動(dòng)的阻力損失(3.4.19)管壁凸出的平均高度管壁凸出的平均高度設(shè)冬天室內(nèi)的溫度為 ，室外溫度為 ， 。在兩溫度保持不變的情況下，試?yán)L制穩(wěn)態(tài)時(shí)下列三種情況下從室內(nèi)空

24、氣到室外大氣溫度分布示意圖。（1）室外平靜無風(fēng)，不考慮輻射傳熱； （2）室外冷空氣以一定流速流過磚墻表面，不考慮輻射傳熱； （3）室外除了刮風(fēng)外，還考慮磚墻與四周環(huán)境的輻射傳熱。第四章 熱量傳遞（1）三種傳熱過程的溫度分布特征（2）串聯(lián)熱阻疊加原則（3）傳熱速率與推動(dòng)力和熱阻的關(guān)系（4）總熱阻減小使熱流量增大，熱阻不變的溫差會(huì)增大教學(xué)方法探討 啟發(fā)式、討論式、參與式的教學(xué)方法3采取講授與案例相結(jié)合的方式，引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立思考、充分討論、大膽發(fā)言，訓(xùn)練了學(xué)生的思維 例如，例如在學(xué)習(xí)傳質(zhì)部分時(shí)以去除煙氣中的二氧化硫?yàn)槔?，讓大家討論去除方法和工藝，其中包含了傳質(zhì)的方式、機(jī)理、傳質(zhì)速率和強(qiáng)化傳質(zhì)的措

25、施最后，通過介紹實(shí)際脫硫工程所采用的工藝和設(shè)備，使同學(xué)不僅將整章知識(shí)貫穿起來，而且對(duì)基本原理的理解也得到了升華。例1：廢氣治理SO2燃煤煙氣除硫水效果和效率問題任務(wù)：克服傳質(zhì)限制SO2水氣泡水溶解平衡措施： 減小傳質(zhì)阻力 增加傳質(zhì)面積討論：傳質(zhì)的方式、機(jī)理、傳質(zhì)速率和強(qiáng)化傳質(zhì)的措施例1：廢氣治理SO2燃煤煙氣除硫堿石灰石/石灰石膏（2）逆流接觸的反應(yīng)器，逆流推動(dòng)力增大，流動(dòng)使傳質(zhì)強(qiáng)化（3）堿液以液滴形式與SO2接觸，增大接觸面積。（1）在相界面處，SO2到達(dá)液膜即發(fā)生反應(yīng)，不存在向液相主體的傳質(zhì)過程，傳質(zhì)阻力減少。氣泡堿液教學(xué)方法探討 啟發(fā)式、討論式、參與式的教學(xué)方法3對(duì)于課程難點(diǎn)組織專題討論，促進(jìn)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考問題的能力，誘導(dǎo)學(xué)生的創(chuàng)新欲望對(duì)于流體流動(dòng)、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞，引導(dǎo)同學(xué)們分析、尋找它們的之間的相似性和內(nèi)在規(guī)律對(duì)于任何處于不平衡狀態(tài)的體系，一定會(huì)有分布不均勻的物理量由高強(qiáng)度區(qū)向低強(qiáng)度區(qū)轉(zhuǎn)移，這一過程即為傳遞過程。當(dāng)體系中存在速度、溫度和濃度梯度時(shí)，就會(huì)分別發(fā)生動(dòng)量、熱量和質(zhì)量的傳遞過程。動(dòng)量傳遞：體系中動(dòng)量由高速流體層向低速流體層轉(zhuǎn)移熱量傳遞：熱