《过程检测基础（卓越）》课程教学大纲

《过程检测基础》教学大纲课程英文名Thebasicprincipleoftheprocessofdetection课程代码02M0120学分4总学时64理论学时48实验/实践学时16课程类别学科基础课课程性质限选先修课程高等数学、大学物理适用专业测控技术与仪器专业（卓越自动检测方向）开课学院计量测试工程学院注：课程类别是指公共基础课/学科基础课/专业课；课程性质是指必修/限选/任选。一、课程地位与课程目标（一）课程地位本课程是测控技术和仪器专业卓越班的学科基础课程。其任务是使本专业的学生系统了解和掌握过程检测相关的基本概念、基本定律和基本分析方法，了解典型工程应用，掌握能量转换规律、热量传递规律以及流体性质、流体静力学和动力学的基础知识，并能利用基本原理对典型问题进行分析和处理。同时，根据本专业的特色，通过理论讲解、案例分析、实验等各种形式，使本专业的学生了解热力学、传热学和流体力学基本原理在计量领域的应用，掌握关键环节和重要状态参数，培养运用基本理论知识建立数学模型并进行分析的能力，进行工程基本计算，解决工程实际问题。通过该课程的学习使学生掌握一定的工程热力学、传热学方面和工程流体力学的基础知识、专业知识，为今后其它专业课程的学习打好基础，对本专业的基本技能、工程应用有充分的认知。（二）课程目标本课程以培养新时代计量事业工程人才为目标，通过课程的学习，提高学生利用基本工程基础理论知识，分析与解决测控领域与测量相关的复杂工程问题的能力，养成批判性思维习惯，树立求真务实的科学精神；同时，利用课程贴近生活和工程实例的特点，让学生认识到计量在国家节能减排工作中的重要性，形成低碳生活的意识。具体课程目标如下：1、掌握热力学、传热学和流体力学基本原理，理解所学基本理论在计量测试领域的应用，会用所学知识对热工量的测量方案进行比较与综合。（1.4）；2、能够基于计量的科学视角提炼热能转化过程的复杂工程问题，运用热力学和流体力学相关原理辨明热工量测量过程的关键环节与参数，并能使用数学、物理模型等描述与解释复杂工程问题。（2.1）。3、能利用所学传热学知识，通过文献研究等方法分析传热过程的影响因素，以获得有效结论以获得有效结论。（2.2）二、课程目标达成的途径与方法以课堂教学为主，结合课前预习和课后复习、拓展自学、课后作业和实验教学等教学环节以完成教学目标。课堂教学主要讲解热力学、传热学和流体力学的基本概念、理论以及分析方法，通过演算和分析，使学生能够运用数学、物理和工程基础知识解释和分析热工基本原理，并通过贴近工程实际的实例分析与求解，使同学们更好地掌握课程中的基本原理，学习分析问题解决问题的方法。课堂教学穿插适当的提问和互动环节，使同学们能更好地融入课堂教学，加深对所学知识的理解。热工工程基础的理论性较强，而又与实际结合紧密，要求在理解和掌握基本原理与方法的基础上，具备较强的分析、计算能力，课后作业是学生获得这些能力的最好手段。另外，课程中的概念多，部分内容比较抽象，学生需要进行课后复习和预习进行消化吸收，才能达到比较好的学习效果。拓展自学是由教师提供视频、文献等学习资料，由学生自学完成，学习资料与知识点相关，与社会热点、计量技术紧密联系，有助于学生理论联系实际，完善知识体系，建立专业自信，为后续课程打好基础。实验是强化学习和验证学习效果的主要手段之一，通过实验教学环节的学习，学生掌握课程中主要物性参数的测定方法，了解它们在工程上的应用，使抽象概念转为直观认识。实验过程中，学生还可获得动手能力、团队合作能力、数据处理分析能力的训练。三、课程目标与相关毕业要求的对应关系课程目标课程目标对毕业要求的支撑程度（H、M、L）毕业要求1.4毕业要求2.1毕业要求2.2课程目标1M课程目标2M课程目标3M注：1.支撑强度分别填写H、M或L（其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低）。2.相关毕业要求1.4是会用测控专业相关知识与数学模型对几何量、热工量等物理量或系统的测量、控制方案进行比较与综合；相关毕业要求2.1是指能够基于计量的科学视角提炼复杂工程问题，运用测控专业相关原理辨别测量、控制过程的关键环节与参数，并能使用数学、物理模型等描述与解释复杂工程问题；相关毕业要求2.2能运用测控专业所学知识，通过文献研究等方式，分析复杂工程问题中的影响因素，以获得有效结论。四、课程主要内容与基本要求绪论了解工程热力学、传热学和流体力学的研究内容和研究方法，热工工程基础在工程技术中的地位，在教学计划中的地位。第一章基本概念 理解热力系、工质、平衡状态与状态参数、状态方程与相图、过程与循环、功和热量等概念。第二章热力学第一定律 掌握热力学第一定律的实质，能熟练掌握第一定律的能量方程及其实际问题分析应用。第三章气体的热力性质和热力过程 掌握理想气体的定义及状态方程，了解理想混合气体，熟练掌握定容过程、定压过程、定温过程、定熵过程的热力计算，了解多变过程、绝热自由膨胀和绝热节流过程。第四章热力学第二定律 掌握可逆过程等定义，理解第二定律的各种说法及等效性，掌握熵的定义、卡诺定理、克劳修斯不等式，能熟练应用熵方程。第五章水蒸气与湿空气了解水蒸气的产生过程，能熟练应用蒸气热力性质图和表进行计算。了解湿空气的概念，掌握绝对湿度与相对湿度的概念，掌握干、湿球温度。能应用焓湿图分析湿空气的热力过程。第六章热量传递的基本方式 掌握三种换热方式，了解传热过程，掌握热阻的概念。第七章导热 掌握傅里叶定律，理解导热微分方程及定解条件，熟练掌握平板与圆筒壁的导热，理解热阻的概念。了解非稳态导热的特点，无限大平板的加热与冷却，理解集总参数法。了解导热问题的数值解。第八章对流换热 掌握牛顿公式，理解边界层的概念及应用，了解受迫对流与自然对流换热，了解热管的工作原理。第九章辐射换热 掌握黑体热辐射定律，掌握两个黑体表面之间的辐射换热，理解角系数的概念及特性，掌握两个灰体表面之间的辐射换热，能熟练应用网络法计算辐射换热问题。第十章流体及其物理性质主要内容：流体的定义和特征，流体连续介质的假设，作用在流体上的力，流体的特性及主要物性参数，液体的表面性质。基本要求：掌握流体连续介质的假设，了解作用在流体上的力和流体的主要物理性质、液体的表面性质。第十一章流体静力学主要内容：流体的静压强及特性，流体平衡微分方程式，流体静力学基本方程式，绝对压强、计示压强、液柱式测压计，液体的相对平衡，静止液体作用在平面和曲面上的总压力，静止液体作用在物体上的浮力。基本要求：掌握流体的静压强及特性、流体平衡微分方程式和流体静力学基本方程式的主要推导过程。了解工程上常用的压强的计示及测量方法。了解静止液体作用在平面和曲面上的总压力和静止液体作用在物体上的浮力。

第十二章流体运动学和流体动力学基础主要内容：研究流体流动的方法，流动的分类，迹线与流线，流管、流束、流量，系统与控制体，连续方程、动量方程与动量矩方程、能量方程，伯努利方程及其应用，沿流线主法线方向压强和速度的变化，粘性流体总流的伯努利方程

基本要求：掌握流体运动的基本概念和基本方程以及研究流体流动的方法。广泛地深入地理解连续方程、动量方程与动量矩方程、能量方程。熟练掌握伯努利方程及其应用。

第十三章相似原理和量纲分析主要内容：流动力学相似，动力相似准则，流动相似条件，近似模型试验，量纲分析法

基本要求：掌握流体流动的力学相似性、动力相似准则、流动相似条件。熟练应用量纲分析。第十四章管内流动和水力计算液体出流主要内容：管内流动的能量损失，粘性流体的两种流动状态，管道进口段中的流动，沿程损失与局部损失，管道水力计算，液体的出流，水击、气穴、气蚀简介

基本要求：熟练掌握工程上常见的和基本的流体流动的能量损失（沿程损失与局部损失）的计算过程，熟练应用莫迪图。准确理解粘性流体的两种流动状态（层流流动与紊流流动）的基本概念、分类。熟练计算管道中流体的水力过程。课程学时安排章节号教学内容学时数学生任务对应课程目标绪论了解工程热力学、传热学和传热学的研究的对象和研究方法，了解课程地位21.讨论：从热工计量视角分析碳中和指标的实现课程目标1第1章理解热力系、工质、平衡状态与状态参数、状态方程与相图、过程与循环、功和热量等概念。41.完成课后练习题2.查阅文献：基本状态参数温度和压力的计量方法课程目标1第2章掌握热力学第一定律的实质，以及闭口系统的第一定律的表达式和开口系统的第一定律的表达式，能熟练掌握第一定律的能量方程及其实际问题分析应用。21.完成课后练习题2.拓展阅读：能量转化与热电效应，以及基于热电效应的传感器课程目标1课程目标2课程目标3第3章掌握理想气体的定义及状态方程，了解理想混合气体，熟练掌握定容过程、定压过程、定温过程、定熵过程的热力计算，了解多变过程、绝热自由膨胀和绝热节流过程。41.完成课后练习题2.讨论：课后思考题五课程目标2课程目标3第4章掌握热力学第二定律，掌握可逆过程等定义，理解第二定律的各种说法及等效性，掌握熵的定义、卡诺定理、克劳修斯不等式，能熟练应用熵方程。41.完成课后练习题2.讨论：熵和开放创新思维课程目标1第5章了解水蒸气的产生过程，能熟练应用蒸气热力性质图和表进行计算。了解湿空气的概念，掌握绝对湿度与相对湿度的概念，掌握干、湿球温度。能应用焓湿图分析湿空气的热力过程。41.完成课后练习题2.拓展学习：水蒸气计量应用和难点3.拓展学习：湿度计种类和原理；双压法湿度计量装置课程目标1课程目标2第6章掌握三种换热方式，了解传热过程，掌握传热过程和传热系数，掌握热阻的概念。21.完成课后练习题2.讨论：课后思考题六、九、十课程目标1第7章掌握导热理论基础、傅里叶定律，理解导热微分方程及定解条件，熟练掌握平板与圆筒壁的导热，理解热阻的概念。了解非稳态导热的特点，无限大平板的加热与冷却，理解集总参数法。了解导热问题的数值解。41.完成课后练习题2.拓展学习：隔热材料和航天中热控制技术3.拓展学习：套管温度计误差和动态响应特性分析课程目标1课程目标2课程目标3第8章掌握自然对流换热、牛顿公式，理解边界层的概念及应用，了解受迫对流与自然对流换热，了解热管的工作原理。41.完成课后练习题2.拓展学习：热边界层对测温的影响3.拓展学习：对流冷却和大型云数据中心课程目标2课程目标3第9章掌握黑体热辐射定律，掌握两个黑体表面之间的辐射换热，理解角系数的概念及特性，掌握两个灰体表面之间的辐射换热，能熟练应用网络法计算辐射换热问题。61.完成课后练习题2.拓展学习：黑体辐射和计量检定3.拓展学习：疫情防控与红外辐射测温技术课程目标1课程目标2课程目标3第10章流体及其物理性质2了解连续介质假设，作用在流体上的力掌握流体的物理性质作业：10.4、10.7、10.12课程目标1第11章流体静力学3了解流体的静压强特性、平衡微分方程，掌握压强计算方法掌握平面壁和曲面壁上流体总压力的计算作业：11.4、11.10、11.13、11.17、11.20、11.26课程目标1课程目标2第12章流体运动学和流体动力学基础5掌握朗格朗日方法和欧拉方法；根据连续性方程、伯努利方程、动量方程求解工程实际问题；完成作业：12.2、12.6、12.13、12.14、12.22课程目标2第13章相似原理和量纲分析2掌握相似原理、相似准则和量纲分析方法应用相似原理和量纲分析方法求解工程实际问题作业：13.3、13.6、13.10课程目标2第14章管内流动和水力计算液体出流6掌握雷诺数用于判别流态的方法了解圆管道内层流与湍流的规律针对工程实例，进行管路沿程损失和局部损失的计算作业：14.2、14.10、14.14、14.21课程目标2实践环节及基本要求序号实验项目名称学时基本要求学生任务实验性质实验类别1空气绝热指数的测定实验2学习测量空气绝热指数的方法,通过实验，进一步加深对刚性容器充气、放气现象的认识实验提交报告验证选做2换热器综合实验台实验2了解套管式换热器，螺旋板式换热器和列管式换热器的结构特点及其性能的差别,加深对顺流和逆流两种流动方式换热器换热能力差别的认识：熟悉换热器性能的测试方法实验提交报告验证选做3自然对流横管管外放热系数测试实验2了解空气沿管表面自由运动放热的实验方法，测定单管的自由运动放热系数实验提交报告验证选做4强迫对流管族管外放热系数实验2学会翅片管束管外放热和阻力的实验研究方法；巩固和运用传热学课堂讲授的基本概念和基本知识实验提交报告验证选做5中温辐射时物体黑度的测试2用比较法，定性地测量中温辐射时物体黑度ε实验提交报告验证选做6稳态球体法测粒状材料的导热系数实验2测粒状材料的导热系数,巩固和运用传热学课堂讲授的基本概念和基本知识实验提交报告验证选做7热管换热器实验2掌握热管换热器换热量Q和传热系数K的测试和计算方法,熟悉热管换热器实验台的工作原理和使用方法实验提交报告验证选做8气体定压比热测定实验2熟悉本实验中的测温、测压、测热、测流量的方法,了解气体比热测定装置的基本原理和构思,掌握由基本数据计算出比热值和求得比热公式的方法实验提交报告综合选做1雷诺数测定实验2掌握圆管层流、紊流两种流态转化规律，及其运动学特性和动力学特性掌握应用无量纲参数进行实验研究的方法实验报告演示性选做2沿程阻力实验2掌握圆管层流和紊流的沿程损失随平均流速的变化规律；将测得λ-Re曲线与莫迪图对比分析其合理性，提高实验结果分析能力掌握管道沿程阻力系数的量测技术和应用气—水压差计及水—水银多管压差计测量压差方法实验报告设计性选做3局部阻力实验2熟悉用理论分析法和经验法建立函数式的途径掌握三点法、四点法测量局部阻力损失与局部阻力系数的技能实验报告设计性选做4流量计校正实验2掌握应用文丘里流量计量测管道流量的技术和应用气—水多管压差计测量压差技术掌握应用量纲分析与实验结合研究流体力学问题的途径了解文丘里流量计水力特征实验报告综合性选做注：1.实验性质指演示性、验证性、设计性、综合性等；2.实验类别指必做、选做等；3.学生可各选做2个热力学实验、3个传热学实验和3个流体力学实验。七、考核方式及成绩评定（一）考核方式与