《化工数值计算及化工过程模拟2》课程教学大纲

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《化工数值计算及化工过程模拟2》课程教学大纲课程代码：080131020课程英文名称：ChemicalEngineeringNumericalCalculationandChemicalProcessSimulation2课程总学时：32讲课：22实验：0上机：10适用专业：化学工程与工艺大纲编写（修订）时间：2012.10一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标化学工程是研究化学工业和其他过程工业生产中所进行的化学过程和物理过程共同规律的一门工程学科。化学工程的研究对象通常是非常复杂的，解析方法在化学工程研究中往往失效。从20世纪50年代开始，人们就利用计算机解算化工过程的数学模型，使研究方法出现了一个革新。经过40多年的发展，化工过程模拟已成为普遍采用的常规手段，广泛应用于化工过程的研究开发、设计、生产操作的控制与优化、操作培训和技术改造。本课程介绍了化工过程模拟的基本概念和方法，提供利用相关模拟软件进行实际化工过程的模拟的步骤和技巧，同时介绍了化工流程模拟和单元模拟过程中常见的大型应用软件及其实际应用实例。通过本课程的学习，学生将达到以下要求：1．掌握化工模拟的基本概念；2．掌握化工流程模拟的基本知识，并结合AspenPlus、Pro/Ⅱ软件介绍化工流程模拟的具体方法和步骤；3．掌握化工单元模拟的基本概念、过程和方法；4．掌握单元模拟软件中CFX和Fluent的应用实例，掌握具体操作过程；5．了解化工模拟技术的新发展。（二）知识、能力及技能方面的基本要求1.基本知识：掌握化工流程模拟和单元模拟基本概念、基本知识和具体操作步骤和过程等。2.基本理论和方法：学习和掌握化工模拟基本理论，掌握化工流程模拟软件AspenPlus和Pro/Ⅱ软件的基本操作方法，掌握化工单元流程模拟软件Fluent基本理论及操作方法。3.基本技能:对于化工流程模拟过程，掌握流程图设计，模块选择、参数设置等技能；对于化工单元模拟技术，掌握几何模型建立、数学模型建立、边界条件设置等技能。（三）实施说明1．教学方法：课堂讲授中要重点对基本概念、基本方法和解题思路的讲解；采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；引导和鼓励学生通过实践和自学获取知识，培养学生的自学能力；增加讨论课，调动学生学习的主观能动性；注意培养学生提高利用标准、规范及手册等技术资料的能力。讲课要联系实际并注重培养学生的创新能力。2．教学手段：本课程属于技术基础课，在教学中采用电子教案、CAI课件及多媒体教学系统等先进教学手段，以确保在有限的学时内，全面、高质量地完成课程教学任务。3．计算机辅助设计：要求学生采用AspenPlus、Pro/Ⅱ软件、Fluent软件、CFX软件上机练习化工实例。（四）对先修课的要求 本课程的教学必须在完成先修课程之后进行。先修课程有化工原理、化学反应工程、化工数值计算与化工过程模拟1、化工热力学、化工工艺设计课程等。（五）对习题课、实践环节的要求根据课程内容，课堂上演示使用方法，不单独安排习题课。本课程安排10学时的课内上机实验，要求学生独立操作。（六）课程考核方式1．考核方式：考查2．考核目标：在考核学生对流程模拟软件基本操作掌握的基础上，重点考核学生的实际应用能力。3．成绩构成：本课程的总成绩主要由三部分组成：平时成绩（包括作业情况、出勤情况等）占10%，实验成绩占30%，期末考试成绩占60%。平时成绩由任课教师视具体情况按百分制给出；实验成绩由实验老师参照相关规定按百分制给出，实验无成绩或实验不及格，取消期末考试资格，总成绩直接以不及格计。按百分制计算出总评成绩后折合为优秀、良好、中等、及格和不及格五个级别。（七）参考书目《化工流程模拟实训：AspenPlus教程》，孙兰义主编，化学工业出版社，2012。《计算流体动力学分析—CFD原理应用》，王福军等编，清华大学出版社，2006。二、中文摘要本课程是化工类专业学生必修的一门实践性很强的主干技术基础课程。课程通过对化工流程模拟、化工单元模拟的讲授，使学生掌握化工工艺设计的基本知识、基本原理和基本方法，并具有设计简单化工工艺的能力。课程主要内容包括化工流程模拟基本知识、化工单元模拟基本知识等。本课程将为后续课程的学习以及相关课程设计、毕业设计等奠定重要的基础。三、课程学时分配表序号教学内容学时讲课实验上机1绪论221.1化工模拟、流程模拟、单元模拟等概念22流程模拟技术16162.1流程模拟的步骤22.2Aspen Plus软件安装与启动22.3Aspen Plus图形界面22.4Aspen Plus的单元操作模块22.5Aspen Plus流程的建立22.6Aspen Plus模拟变量的设置22.7Aspen Plus模拟程序的运行22.8其他流程模拟软件介绍23单元模拟技术443.1单元模拟的步骤23.2cfd商业软件24实例计算1010原油蒸馏过程模拟2换热器单元模拟2radfrac的模拟2 挥氨塔模拟2搅拌单元、塔板数值模拟2合计322410四、教学内容及基本要求第一部分绪论总学时(单位：学时):2讲课：2实验:0上机:0第1.1部分化工模拟、流程模拟、单元模拟等概念（讲课2学时）具体内容:1)明确本课程的内容、性质和任务；2)熟悉化工模拟的研究对象；3）了解化工模拟、流程模拟、单元模拟的一般研究方法重点:化工模拟计算对象及研究方法难点:流程模拟与单元模拟之间的联系第二部分流程模拟技术总学时(单位：学时):16讲课：16实验:0上机:0第2.1部分流程模拟的步骤（讲课2学时）具体内容:1)流程的建立；2)变量的设置；3)程序的运行；第2.2部分ASPENPLUS流程模拟商业软件安装与启动（讲课2学时）具体内容:1)AspenPlus流程模拟软件介绍；2)AspenPlus安装及运行环境；3)AspenPlus基本操作；第2.3部分ASPENPLUS图形界面（讲课2学时）具体内容:1)AspenPlus图形建立；2)输入数据；3)运行模拟；第2.4部分Aspen Plus的单元操作模块（讲课2学时）具体内容:1)混合气、分流器等；2)换热器、塔、反应器等；3)固体、控制器、用户模型等；第2.5部分Aspen Plus流程建立（讲课2学时）具体内容:1)浏览一个流程，检查流程的完整性；2)修改一个流程；3)使用流程工段；4）打印流程 第2.6部分模拟变量的设置（讲课2学时）具体内容:1)全局变量的设定；2)物性方法及物性参数的设置；3)数据包的使用；4）物流和能量流的设定第2.7部分模拟程序的运行（讲课2学时）具体内容:1)运行收敛技巧2)运行不收敛时处理方法第2.8部分其他流程模拟软件介绍（讲课2学时）1)aspendynamics、aspencustommodeler、aspenzyqad等2)aspenadvisortm等重点:Aspen Plus程序建立与程序运行难点:Aspen Plus程序收敛技巧第三部分单元模拟技术总学时(单位：学时):6讲课：6实验:0上机:0第3.1部分单元模拟的步骤（讲课2学时）具体内容:1)前处理2)求解计算3)后处理第3.2部分cfd商业软件（讲课2学时）具体内容:1)Fluent2)CFX3)Star-CD4)phoenics第3.3单元模拟软件的应用及操作示例（讲课2学时）具体内容:1)单元模拟软件的应用2)单元模拟软件的操作示例重点:Fluent软件的运用难点:程序收敛技巧第四部分化工实例总学时(单位：学时):0讲课：0实验:0上机:10实验：原油蒸馏过程模拟（2学时）实验：换热器单元模拟（2学时） 实验：radfrac的模拟（2学时）实验：挥氨塔模拟（2学时）实验：搅拌单元、塔板数值模拟（2学时）编写人：张敏革审核人：党明岩批准人：赵平