《化工原理》课程教学初探

摘 要：文章通过实例，总结、归纳了如何学好《化工原理》课程的方法。

关键词：化工原理；教学；初探

中图分类号：G424 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2011）08-042-01

一、掌握工程特点，培养综合、归纳能力

贯穿本课程的两条主线即是统一的研究对象和共同的研究工程问题的方法论。

对物理化学来说，是对简明问题用严密的论证方法，

《化工原理》课则要求教师用更严密的论证方法，如园形直管中速度分布，海根泊稷叶方程推导等都是用解析法的典型，但这些都是根据滞流流动的模型作出的。

然而，由于实际问题十分复杂，往往难以从理论解、解析解中得出结论。如对湍流，一方面是由于人们对湍流的认识尚不足以达到从理论上导出过程特征方程的定量表达式，另一方面则借以说明化工常用的实验研究方法。虽然其模型能用奈维斯托克斯方程予以描述，但这个方程极难求解。有人证明，即使对园形管内简单的湍流流动，用电子计算机也需作1022次运算，以每秒运算100万次计，则需1016秒即3亿年。可见要解决化工原理中的问题，往往要采取理论与经验相结合的方法。如对滤液通过滤饼层的流动，由于滤液通道千变万化，边界条件捉摸不定，即使能列出微分方程也无法获得解析解。但是将滤饼中不规则网状通道简化成若干平行园形细管，再引入一些模型参数，这些模型参数用实验数据来拟合，于是用这种半理论、半经验方法即可解决工程问题。运用实验方法解决实际问题在化工过程中是屡见不鲜的，这是对过程的现有认识与实验方法论巧妙结合的结果。所以，要学好这门课就应该树立正确的工程观点，以培养综合、归纳能力。

在具体讲授每个过程时可以采用如下的程序：

过程分析→过程的数学描述→实例分析

采用这样的程序，便于体现“定性—定量—应用”三个不同层次。在过程分析中，以单元操作的物理或物理化学原理为起点，以工程目的为终点。在分析时，暂时摆脱定量的公式，充分运用逻辑思维和推理，提出问题，讨论问题，解决问题。即每一章都可按工程观点对过程进行数学描述，教学模型求解，解的应用（设计型、操作型）等几类问题，找出共性和特性。

第一章中，过程数学描述可归结为三个方程，即连续性方程，机械能守恒方程及阻力方程（反映阻力规律）。其中阻力方程就是过程特征方程。阻力大小与过程途径有关，与流型有关。运用这三个方程就可以解决设计、操作中许多实际工程问题。

第二章中，离心泵的任务是在管路中为流体提供能量，完成一定输液任务。因此，除了管路计算所需三个方程外，必然还有反映某台离心泵本身特点的He=f(υ)的方程。管路特性方程H=f(υ)与泵的特性方程He=f(υ)的联立解，反映了供需的平衡，因此离心泵是流体流动学习的继续与深入。

二、重视习题，勤思巧解，锻炼分析和判断能力

要学好《化工原理》课程还要多做习题，要善于做习题，因为做习题不但对所学知识起到复习、巩固和提高的作用，而且也是师生之间交流的极好机会，便于教师掌握学生对问题的理解情况，进而采取相应的措施，以培养他们分析问题和解决问题的能力；努力做到勤思巧解，更重要的是对做过的题目进行重新认识，以锻炼学生分析和判断能力。

例1 如图1所示，在A、B两容器的上、下各接一压差计，两压差计的指示液相同，其密度为ρi ，容器及测压导管中均充满水，试问读数R与H之间的关系。

从ΔPAB=R•g(ρi-ρ)

ΔPAB=H•g(ρi-ρ)

立即得出H=R的结论，这是正确运用P和ΔP的概念，体现了巧字，比起用等压面解省时、省力好几倍。这个题又如何理论联系实际？可以联想实验测压装置U型计安放位置，因为△P没变，故读数R不变。因此测压装置总装在最方便的操作位置。

例2 某厂用φ114×4.5的钢管输送压强 P=20at（绝压）、温度为20℃的空气,流量(v0)为6300 m3/h（标准状况）。试求空气在管道中的流速(u)，质量流量(W)和质量流速(G)。

这个题目按以下顺序解答十分简便：

W=Vρ=V0ρ0=63003600×2922.4=2.27 kg/s

A=π4d2=0.785×(0.105)2=8.65×10－3m2

G=WA=2.278.65×10－3262 kg/s•m2

又ρ=ρ0PP0×T0T=2922.4×201.033×273293=23.35 kg/m3

∴u=Gρ=26323.35=11.2 m/s

为了帮助学生记忆公式，并对基本概念加深理解，不妨把u、G、V、W四个参数以图2形式加以归纳，既好记，又能揭示其内涵，每个箭头都指向质量流量W，在定态流动时，可压缩流体的质量流量W为常数，这才是问题的本质。

综上所述，学习《化工原理》课程，必须具有扎实的理论基础，清晰的思路，才能将实际问题解决与基本原理和经验公式的运用做到融会贯通，使之迎刃而解，最后达到举一反三的目的。

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文