《化学反应动力学》教学大纲

第一篇：《化学反应动力学》教学大纲

《化学动力学》教学大纲

一、课程基本信息

课程编号： CHE34200L 中文名称：化学动力学 英文名称：Chemical Kinetics 课程类别：专业选修课 适用专业：化学及化学生物类 开课学期：秋 总 学 时：34学时 总 学 分：2 预修课程(编号)：物理化学2-1（CHE24501L）

物理化学2-2（CHE24502L）

并修课程(编号)：

课程简介：化学反应反应动力学是物理化学的重要组成部分。随着科学技术的不断发展，人们对化学反应动力学的认识日益深化，化学反应动力学的内容得到明显的加强和扩展。至今，化学反应动力学已经成为物理化学中更高层次的独立分支学科。

化学动力学研究的对象包括化学反应进行的条件对化学反应过程速率的影响；化学反应的历程；物质的结构与化学反应能力之间的关系。化学反应动力学最终要回答如下问题：化学反应的内因与外因的对化学反应的速率及过程是如何影响的；揭示化学反应过程的宏观与微观机理；建立总包反应和基元反应的定量理论等。

在对化学反应进行动力学研究时，总是从动态的观点出发，由宏观的、唯象的研究进而到微观的分子水平的研究，因而将化学动力学区分为宏观反应动力学和微观反应动力学两个领域，但二者并非互不相关，而是相辅相成的。

建议教材： 许越，《化学反应动力学》，北京：化学工业出版社，2005。

参 考 书：

[1]傅献采，物理化学（下册），南京大学出版社，第四版

[2] 臧雅茹，化学反应动力学，南开大学出版社，1995

二、课程教育目标

化学动力学是化学的基础理论之一，在学习物理化学的基础上开设的一门专业选修课。一方面在学生学过物理化学的基础上，深化化学反应动力学的理论，从唯象规律开始，在基元反应的层次上讲明化学反应动力学的理论，观点，方法。另一方面对学生已有的物理化学动力学的基础知识进行加深和拓宽。以求学生在以后的科学研究和教学等工作中，有正确的思维方法和研究手段。

三、教学内容与要求

1.绪论（4学时）

介绍当前化学反应动力学应研究的内容，基本术语以及经典反应动力学的基本定理

2.基元反应动力学（5学时）

分子碰撞理论, 双分子碰撞频率硬球碰撞模型，反应速率常数的求算;过渡状态理论,势能面，由过渡态理论计算反应速率，E≠0

c、Eb、E0、△rHm、△≠0

rSm与 Ea和指前因子A之间的关系；单分子反应理论；

3.化学反应动力学的实验方法（4学时）

介绍典型的实验方法以及几种典型的复杂反应处理方法

4.链反应动力学（6学时）

链反应的特征与机理；无扩散的链反应；直链反应和支链反应实例

5.光化学反应动力学（6学时）

光化学概述，介绍光物理过程及光化学过程，光化学基本定律，量子产率，影响光化学反应的因素和光化学的实验方法

6.催化反应动力学（9学时）

催化与催化作用，催化反应的基本特征，均相催化的Herzfeld-Laidler 机理，酸碱催化反应，络合催化反应，酶催化反应

四、作业

教材各章课后习题。

五、考核方式

闭卷+平时练习。

六、成绩评定

闭卷×70% +平时练习×30%。

执笔人：乔艳红

第二篇：大气动力学教学大纲

《大气动力学》教学大纲

第0章 引论

第一章 大气运动的基本方程组

§1.旋转坐标系下的动量方程 §2.连续性方程 §3.热力学能量方程

§4.闭合方程组及其初边值条件 §5.球坐标系

§6.局地直角坐标系

§7.P坐标系

第二章 自由大气中的平衡运动

§1.自然坐标系

§2.地转平衡与地转风 §3.梯度平衡与梯度风 §4.旋转平衡与旋转风 §5.惯性平衡与惯性风

§6.地转风随高度的变化：热成风 §7.地转偏差与垂直运动

第三章 大气中的涡旋运动 §1.环流定理

§2.涡度与涡度方程 §3.位势涡度方程 §4.散度与散度方程

第四章 大气边界层

§1.雷诺平均运动方程组 §2.行星边界层

§3.次级环流与旋转减弱

§4.地形上空的边界层(I)均质流体 §5.地形上空的边界层(II)层结流体

第五章 中纬度天气系统动力学 §1.大气层结与层结稳定度

§2.中纬度天气系统的结构：观测事实 §3.天气尺度系统的尺度分析 §4.准地转位势倾向方程 §5.方程

§6.发展中的斜压系统的理想模式

第六章 大气中的波动 §1.波动的基础知识 §2.摄动方法 §3.大气声波 §4.浅水重力波 §5.重力内波 §6.Rossby波

第七章 大气波动的稳定度 §1.Rossby波的正压不稳定 §2.斜压不稳定 §3.Eady波

§4.两层模式中的斜压不稳定波

第八章 大气中的非线性过程 §1.非线性波与孤立波 §2.大气孤立波

§3.Lorenz混沌系统

主要参考书目:

1、Holton, J.R., An Introduction to Dynamic Meteorology, 4th Edition, Academic Press,2004.2、刘式适、刘式达编著《大气动力学》上册

3、杨大升等编著《动力气象学》

4、伍荣生等，《动力气象学

成绩构成：作业20％；报告，口试20％；期终考试60％

大气动力学名词、思考题、习题和文献阅读

一、名词

f-平面 -平面 正压大气 斜压大气 地转风 梯度风 热成风 地转偏差 自由大气 边界层 Ekman泵 旋转减弱 Ekman螺旋线 气旋 反气旋 大气层结 包辛尼斯克近似 大气标高 Rossby数 Ekman数 基别尔数 层结稳定度 惯性稳定度 静力平衡 地转平衡 梯度平衡 正压不稳定 斜压不稳定 白贝罗定律 准不可压缩

二、思考题

1． 考虑地球自转后，牛顿第二定律的形式如何？写出科氏力和惯性离心力的表达式。2． 什么是球坐标系？使用球坐标系的优缺点是什么？ 3． 什么是局地直角坐标系？局地直角坐标系的适应范围如何？

4． 什么是P坐标系？P坐标系的物理基础是什么？使用P坐标系的优缺点是什么 5． 什么是自然坐标系？在此坐标系下大气水平运动方程的形式如何？ 6． 在地转风运动中，风场与气压场的关系如何？

7． 什么情况下梯度风是次地转的？什么情况下梯度风是超地转的？

8． 在热成风关系中热成风与温度场的关系如何？怎样利用热成风关系判断某地上空的冷暖平流？

10．解释海陆风的形成，并指出其能量转换的特点。

11．什么是涡度？叙述涡度方程各项的物理意义并熟练推导大气垂直涡度方

程。12．什么是位势涡度？它守恒的条件是什么？准地转位势涡度的表达式如何？ 13．在气象上散度方程有何作用？

14．什么是分子粘性力，什么是湍流粘性力？

15．在Ekman边界层中是哪几种力的平衡？Ekman螺旋解的性质如何？ 16．由边界层中的摩擦引起的次级环流是怎样运动的？ 17．自由大气与边界层是怎样相互作用的？ 18．大气温度、密度、气压随高度变化特征如何 19．不可压和可压缩流体的层结稳定度的判据如何？

20．动力学上指的大、中、小三类运动的水平特征尺度各是多少？

21．叙述基别尔数、罗斯贝数和Ekman数等几个动力学参数的表达式及其物理意义。22． 什么是准地转平衡？什么是准静力平衡？准地转运动的原始方程组如何简化？准地转涡度方程形式如何？准地转位势方程形式如何？

23． 中高纬发展的斜压天气尺度系统的结构如何？你怎样理解，在发展的斜压系统中“次级环流”是“大气的温度的变化满足静力平衡，涡度的变化满足地转”的约束的结果。24． 什么是频散波、什么是非频散波？什么是相速度、什么是群速度？ 25． 大气中有哪几类基本波动？它们是怎样产生和传播的？ 26． 什么是滤波？怎样滤波？

27． 罗斯贝波是怎样产生的？无基本气流时罗斯贝波的波速公式如何？ 28． 举出几种常见的计算大气垂直运动的方法，并叙述它们各自的优缺点。29． 举例说明，地球旋转对大气运动有显著影响。

三、习题 第一章

引论

1、查找并学习大气辐射平衡图，给出大气能量收入和支出的主要过程。

2、查找并学习传记：V Bjerknes J Bjerknes LF Richardson VW Ekman CG Rossby

EN Lorenz JG Charney JR Holton BJ Hoskins J Pedlosky 郭晓岚

叶笃正 谢义炳

第二章 大气运动的基本方程组

1、全导数（d）与局地时间导数（）有何区别？用测风气球测出的物理量随时间dtt的变化是个别变化还是局地时间变化？在百叶箱里测出的温度随时间的变化是个别变化还是局地变化？

2、设f为大气的某一物理属性，试分别说明并指出f守恒的条件

3、设f为任一标量函数，试证明

fdf0,vf0和0的意义

dttffrf，tItR并由此验证

dfdf dtIdtR式中下标“I”，“R”分别指惯性系和旋转系。

4、设地球是球形，求在地表面纬度为处重力与引力之间的夹角。其最大值是多少?

5、计算赤道上空同步人造卫星的高度。用绳子将此卫星与地面连接，再用同样长的绳子将第二颗人造卫星与第一颗卫星连接，并使第二颗卫星在第一颗卫星的上空以同样的角速度旋转。若不计绳子的质量，求绳子作用于单位质量卫星的张力。

6、证明曲率项力对大气质点不做功。

7、有一物体在40N处由1000米高度自由下落，试求该物体着地时因科氏力的作用向东偏移的距离。08、不考虑地球曲率的影响，且认为地球只绕铅直轴以角速度sin旋转，推导出以地表面为极平面的柱坐标系(r,,z)下的大气运动方程和连续方程。

9、设地球表面处的大气压为1000hPa,求大气总质量。

10、利用z-P坐标系的转换关系式，证明

dudu dtzdtP

第三章

自由大气中的平衡运动

1、考虑定常的水平圆涡旋运动，当rR时空气以常角速度逆时针旋转，当rR时，空气的切向速度与r成反比，设空气运动满足梯度风关系和静力平衡关系，且风场是连续的，证明：通过涡旋中心高度为z0的等压面方程为

f2r,rR;z02gz2R2R2fR222z02ggrr1ln,rR.2R

2、一陆龙卷风以等角速度逆时针旋转，设它满足旋转风方程，证明其中心的气压为

2r02, pp0exp2RT其中p0是离中心距离为r0处的气压，T是气温，设为常数。若T=288K,r0100m米处的气压p01000hPa，风速为100米/秒。问龙卷风中心气压是多少？

3、在所谓的地转动量近似中，定常的圆形涡旋运动的梯度风的公式为

VVgRfVfVg

式中Vg为地转风。比较由此式给出的梯度风和不采用地转动量的梯度风的值

4、根据以下资料，计算每一层上的垂直速度w。假定大气为T=260K的等温大气，且1000hPa面上的W=0。

气压（kPa）

散度×10／秒

0.9

0.6

0.3

0.0

-0.6

-1.0 5、75-50 kPa间的平均温度向东每100公里降低3C，如果75-kPa面上的地转风是20米／秒的东南风，求50kPa面上的地转风的大小和方向。f的值为10／秒。

6、写出w和的近似关系。

第四章 大气中的涡旋运动

405

7、在等 面上取一闭合物质链，试利用环流定理推出Ertel位涡方程（提示：以此物质链为底面，作一流体柱，将n用表示，并把质量守恒定律应用于此柱。）。

8、考虑南北铅直平面上的闭合回路ABCDA（见图），AD，BC为二等压线，近于与地面平行，长为y，AB和CD为二垂直线，长为z，且各具有平均温度Tm(1)和Tm(2)，又设回路上下界西风风速分别为u2和u1，试求回路上环流保持不变时，u2u1与平均温度Tm(1)，Tm(2)的关系，并求y0,z0时，风速的垂直切变与南北温度梯度的关系。

9、在300N有一圆柱形气柱，其半径r0105米，如果空气开始时是静止的，求当气柱膨胀使半径达到r210米时，要维持绝对环流守恒，其周界的平均线速度。

10、P坐标系中涡度和散度分别定义为

5pvu xypuv, Dpxyp试求出它们分别与z坐标系的涡度和散度间的关系。再推导出P坐标系中的涡度方程和散度方程，并与z坐标系的相应方程作一比较。

第五章 大气边界层

1．在常值通量层中，在1米和10米高度上分别测得u(1米）=6米/秒，u(10米）=10

2u*米/秒。假定层结为中性，试求摩擦速度u*，粗糙高度z0和拖曳系数Cd2。

u(10米）2．当流体均质不可压时，请利用有地形的Ekman螺旋解验证风应力项可表示为

KkgS 2ffvu式中k和SKizz

第六章 中纬度天气尺度系统动力学：准地转理论

1．对涡旋系统（例如，气旋反气旋系统）和波动系统（例如，大气长波）进行尺度分析时，他们的水平特征长度尺度、速度尺度和时间尺度分别是怎样选取的？为什么？

分别为垂直向单位矢量和地面的风应力矢量。jzhB2．木星大气的大红斑（反气旋涡旋），中心位于南纬22度，南北跨越12个纬度，东西向跨越25个经度。大红斑的特征风速100米/秒，木星的赤道半径为71400公里，旋转的角速度为1.76310/秒。大红斑受木星旋转的影响吗？

3．将锋面看成由西向东运动系统，其南北向的特征长度尺度和特征速度尺度分别为L和v, 而东西向的特征长度尺度和速度尺度分别为l和u。实际观测表明，Ll，4uv，l~200公里，v~20米/秒。时间尺度取l/u。试利用P坐标系下的水平运动方程（略去垂直对流项）对锋面进行尺度分析并分析其特征。4．描述均质流体的浅水方程组为

uuuuvf0v,txyxvvvuvf0u,txyyuvuvDxy0,txy

D为流体静止时的自由面高度，是流体运动时自由面对静止自由面高度的偏差。其余符号为惯常所用。（1）请将上述方程无量纲化。（2）以Rossby数为小参数，用级数展开法对所得无量纲方程进行求解，讨论Rossby的零级近似、一级近似方程的特点。（3）推导出准地转位势涡度方程。

5．在讨论大气静力稳定度时，在大气质点受到扰动移到新的高度的过程中，我们对大气质点的压力和位温作了什么假设？可压缩和不可压缩流体的Brunt-Väsälä 频率的表达式有何不同？

5．在f-平面上的大气质点，受到扰动后在南北方向发生一位移，这时层结对流体没有影响，但科氏力对质点却有影响。在科氏力的作用下，大气质点若返回初始位置，则称大气是惯性稳定的；若大气质点继续远离初始位置，则称大气是惯性稳定的。设大气初始时为纬向流且满足地转平衡，大气质点的运动不破坏初始气压场的分布，大气摩擦可忽略，试推导出描写大气质点在南北向振荡的方程为：

ugdvd2yffy 2dtdty 式中ug为x向的地转风。并对惯性不稳定的判据进行讨论。

6、在500hPa面上，在北纬45度的某地，其相对涡度以31066秒1/3小时的速度增加，此处风为20米/秒的西南风，而相对涡度以410/100公里秒的速率向东北方向减少，试采用平面的准地转涡度方程估算出此地的水平散度。

7、假定位势高度场由如下函数给出 0pcf0ycospp001k1sinkxct 这里0仅为p的函数，c为常速度，k为纬向波数，p001000hPa。（a）用准地转

df涡度方程求出与此位势场相一致的水平散度场（设0）。（b）假定p000，dy利用连续性方程求出x,y,p,t的表达式。

8、利用上题给出的位势场和绝热的热力学方程（设=常数）求出。当k取何值时，此两题得到的相等。

第七章 大气中的波动

1、应用正交模方法求下列波动方程的圆频率：

2232（1）030;2c020;

（2）

txtxx2222222

2(3)2c0(22)f0(22)20.txyxyt2、讨论重力外波，若不用静力平衡假定，而用下列方程组：

u1ptxw1p tzuw0xz和边界条件

z0,w0;zh,证明波速c满足

pp0p

wgw0.tztgtanh(kh).kc2并讨论kh1（长波）和kh1（短波）的两种情况。在上面式子中为常数。

3、描述均质不可压浅层流体中的小振幅波动的方程组为：

uf0vgtxvf0ugtyuvD0txy

式中 为扰动自由面高度，D是静止自由面的高度，为常数。其余符号为惯常所用。请求出上面方程组的v=0的波动解，并对解的性质进行讨论。

4、上题中，若利用赤道Beta平面近似，则可得描述赤道地区的小振幅波动的方程组为

u0yvgtxv0yugtyuvD0txy

式中符号为惯常所用。试求出上面方程组的v=0的波动解，并将此解与上题比较。

5、求出Eady波中的扰动位势高度场、温度场、散度场、垂直速度场并在（x,z）平面图示这些物理量的分布。

四、文献阅读（选读一篇）

1、Storm Track Dynamics By EKM Chang, S Lee and KL Swanson，J Climate, 15, 2136-2183, 2002.2、Stratospheric Dynamics By P Haynes, Annu.Rev.Fluid Mech.2005,37:263-93.3、The Quasi-Biennial Oscillation By MP Baldwin et al., Reviews of Geophysics, 39, 179-229, 2001.4、Global Observations of Oceanic Rossby Waves By DB Chelton and MG Schlex, Sciences, 272, 234-238, 1996.5、Linear Theory of stratified hydrostatic flow past an Isolated Mountain.By RB Smith, Tellus, 32, 348-364, 1980.

第三篇：列车空气动力学概论教学大纲

《列车空气动力学概论》教学大纲

课程的基本描述

课程名称

列车空气动力学概论

【单击此处输入英文课程名称】

课程编号

20CL0212

考核方式

考查课

课程性质

专业方向课

适用专业

车辆工程系

参考教材

理论

田红旗

.列车空气动力学.中国铁道出版社，第一版，2007

实训

张英朝

.汽车空气动力学数值模拟技术.北京大学出版社，2011

总

学

时

32学时

理论学时

24学时

实训学时

8学时

上机学时

0学时

学

分

2学分

开课学期

第5学期

前导课程

高等数学、理论力学

后续课程

车辆动力学软件原理及应用

课程说明

2.1

课程的地位与任务

《列车空气动力学概论》是车辆工程专业的一门专业选修课，课程目标在于培养学生具备进行列车空气动力学分析的的基本知识和基本手段。课程任务要求具体如下：

1、学生通过学习该课程，应能掌握流体力学的基本知识、影响列车运行的空气动力学因素以及空气动力学基础知识；

2、掌握列车空气动力学研究手段，数值分析方法，了解列车空气动力学分析在高速列车外形设计中的地位与作用，进而具有综合运用所学的知识，研究改进或开发新的列车外形的能力。

2.2

课程教学目标

能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决车辆系统复杂工程问题。具备解决车辆系统复杂工程问题所需的工程基础知识和技能。

2.3

学时分配

学时数要与下面内容中的学时分配数相一致。

学时分配表

章

次

标

题

理论学时

实训学时

任务一

绪论

0

任务二

流体静力学

0

任务三

流体动力学

0

任务四

理想不可压缩流体平面位流

0

任务五

粘性流体及边界层理论

任务六

列车空气动力学问题

任务七

专题讨论

0

总学时

2.4

课程的主要特点

本课程是车辆工程专业的一门专业选修课，课程目标在于培养学生具备进行列车空气动力学分析的的基本知识和基本手段。

2.5

教学方法

1．采用启发式教学，鼓励学生自学，培养学生的自学能力；以“少而精”为原则，精选教学内容；增加讨论课，调动学生学习的主观能动性。

2．在教学内容上，系统讲授流体力学、空气动力学的基本理论、基本知识和基本方法，使学生能够系统掌握用于解决列车空气动力学问题的专业基础知识。

3．在教学过程中采用电子教案，CAI课件，多媒体教学与传统板书教学相结合，提高课堂教学信息量。

4．理论教学与工程实践相结合，引导学生利用计算流体力学分析软件，解决具体的列车流线型头型设计问题。

5.课内讨论和课外答疑相结合，每周至少一次进行答疑。

教学内容与学时分配

任务一

绪论（2学时）

掌握程度采用了解、理解和运用，具体含义如下：

了解：能记住学习过的内容。

理解：能领会课程内容的含义，掌握知识的内涵。

掌握：能在新的具体情况下应用所学知识解决问题。

各知识点的重要程度划分为核心、推荐、可选，具体含义如下：。

核心：该知识点是核心知识单元的一部分。

推荐：该知识点不是核心知识单元的一部分，但应包含在必修课程中。

可选：该知识点属于选修知识单元。

教学内容以2学时为一个教学单元进行编写。

教学内容1（2学时）：

1.物质形态（了解，可选）

2.空气动力学的发展与分类（理解，推荐）

3.量纲与单位（理解，推荐）

重点：课程的研究对象。

难点：内容及学习目的。

讲授提示与方法：采用启发式教学，鼓励学生自学，培养学生的自学能力；以“少而精”为原则，精选教学内容；增加讨论课，调动学生学习的主观能动性。

作业：

1.课后习题

任务二

流体静力学（4学时）

教学内容1（2学时）：

1.了解流体的各种属性，包括：易流性、压缩性、粘性等（理解，推荐）

2.掌握流体静力平衡微分方程（掌握，核心）

教学内容2（2学时）：

3.流体静力平衡微分方程分析（掌握，核心）

4.掌握标准大气的特征。（理解，推荐）

重点：流体的属性。

难点：流体静力平衡计算及分析。

讲授提示与方法：采用启发式教学，鼓励学生自学，培养学生的自学能力；以“少而精”为原则，精选教学内容；增加讨论课，调动学生学习的主观能动性。

作业：

1.课后习题

任务三

流体动力学（4学时）

教学内容1（2学时）：

1.掌握流体运动的描述方法（理解，推荐）

2.能分析流体微团的运动特征（理解，推荐）

教学内容2（2学时）：

3.掌握理想流体运动微分方程组（掌握，核心）

4.掌握流体运动的积分方程组（掌握，核心）

重点：流体的描叙以及流体的运动特征。

难点：流体运动的计算及分析。

讲授提示与方法：采用启发式教学，鼓励学生自学，培养学生的自学能力；以“少而精”为原则，精选教学内容；增加讨论课，调动学生学习的主观能动性。

作业：

1.课后习题

任务四

理想不可压缩流体平面位流（4学时）

教学内容1（2学时）：

1.理想不可压缩流体平面位流的基本方程（掌握，核心）

教学内容2（2学时）：

2.掌握几种简单的二维位流基本方程（理解，推荐）

3.了解一些简单的流体迭加（了解，可选）

重点：理想不可压缩流体平面位流的描述。

难点：理想不可压缩流体平面位流的计算。

讲授提示与方法：采用启发式教学，鼓励学生自学，培养学生的自学能力；以“少而精”为原则，精选教学内容；增加讨论课，调动学生学习的主观能动性。

作业：

1.课后习题

任务五

粘性流体及边界层理论（4学时）

教学内容1（2学时）：

1.掌握流体的粘性及其对流动的影响（理解，推荐）

2.掌握粘性流体运动方程（掌握，核心）

教学内容2（2学时）：

3.掌握边界层近似及其特征（理解，推荐）

4.掌握平面不可压缩流体层流边界层方程（理解，推荐）

重点：流体粘性对流动的影响，粘性流体的运动形式，边界层概念。

难点：粘性流体运动方程的计算和解析。

讲授提示与方法：采用启发式教学，鼓励学生自学，培养学生的自学能力；以“少而精”为原则，精选教学内容；增加讨论课，调动学生学习的主观能动性。

作业：

1.课后习题

任务六

列车空气动力学问题（2学时）

教学内容1（2学时）：

1.掌握列车空气动力学影响因素（理解，推荐）

2.列车空气动力学研究方法（理解，推荐）

3.列车外形设计与空气动力学的关系（理解，推荐）

重点：列车空气动力学方法解析。

难点：列车外形设计。

讲授提示与方法：采用启发式教学，鼓励学生自学，培养学生的自学能力；以“少而精”为原则，精选教学内容；增加讨论课，调动学生学习的主观能动性。

作业：

1.课后作业

任务七

专题讨论（2学时）

教学内容1（2学时）：

1.了解流体粘性特征（理解，推荐）

2.在了解列车空气动力学特性及影响因素基础上，掌握高速列车中一般采用了哪些具体措施来具体应对空气动力学问题（了解，可选）

重点：流体粘性。

难点：列车空气动力学运用。

讲授提示与方法：采用启发式教学，鼓励学生自学，培养学生的自学能力；以“少而精”为原则，精选教学内容；增加讨论课，调动学生学习的主观能动性。

作业：

1.课后习题

实训设计

4.1实训教学基本信息

实训学时

实训学时及项目分配

验证性

演示性

综合性

设计性

合　计

4.2实训教学目的与基本要求

1.自学某种计算流体动力学软件，如fluent，ansys，starccm等；

2.掌握和理解列车外流场分析的模型简化方法；

3.分析影响外流场分布的主要因素

4、撰写研究报告。

4.3主要仪器设备

【单击此处输入正文】

4.4主要消耗材料

【单击此处输入正文】

4.5实训项目设置

序号

实训项目名称

实训目的及内容提要

学时数

实训类型

实训要求

每组人数

列车流场分析

掌握和理解列车外流场分析的模型简化方法

设计

必做

合计

考核与成绩记载

5.1

考核的方式及成绩的评定

1.平时考核（占总成绩50%）：

30分出勤和纪律+5分听课笔记+5分测验及作业+5分期中考试+5分实训

2.期末考核（占总成绩50%）：论文

执笔人

审核人

3.成绩评定：百分制（考试）

第四篇：理论化学化学反应动力学部分考试题及答案 2

理论化学化学反应动力学部分考试题（共50分）

一、选择题（每题2分，共20分）

1、下列属于化学反应动力学研究范畴的是（4）

A、反应物浓度随时间的变化；B、从静态的角度出发研究过程的始态和终态；

C、一定的温度压力下求平衡转化率；D、温度对化学反应活性的影响；

（1）A和B；（2）B和C；（3）C和D；（4）A和D；

2、宏观反应动力学阶段中的主要成就（2）

A、Arrhenius定理的提出；B、碰撞理论的建立；

C、质量作用定理的建立；D、过渡态理论的建立；

（1）A和B；（2）A和C；（3）B和C；（4）C和D；

3、在开放反应体系中。体系中欲测的物理量(如浓度)（1）

（1）随空间而变化，但在某一位置处不随时间位置而变化；

（2）不随空间位置而变化，但在某一位置处随时间而改变；

（3）不随空间位置而变化，在某一位置处也不随时间而改变；

（4）既随空间位置而变化，在某一位置处又随时间而改变；

4、下列属于复杂反应特征的是（3）

（1）反应速率方程复杂的反应；（2）化学计量方程复杂的反应；

（3）由两种或两种以上的基元反应构成；（4）以上都是；

5、有关反应级数和反应分子数的描述，下列说法正确的是（2）

（1）反应级数只能为正整数；而反应分子数可以为非整数；

（2）反应级数可以为非整数；而反应分子数只能为正整数；

（3）反应级数和反应分子数均只能为正整数；

（4）反应级数和反应分子数均可为非整数；

6、反应速率与反应动力学方程的定义分别是（4）

A、反应速率与各组元浓度的某种函数关系式，B、各组元浓度和反应温度之间的函数关系；

C、反应速率与反应时间的某种函数关系式；D、各组元浓度和反应时间之间的函数关系；

（1）（A）和（B）；（2）（B）和（C）；（３）（C）和（D）；（４）（Ａ）和（Ｄ）； ７、平行反应和连续反应的总包反应的速率分别取决于（3）

A、反应速率常数最小的反应步骤和反应速率常数最大的反应步骤；

B、反应速率常数最大的反应步骤和反应速率常数最小的反应步骤；

C、反应活化能最小的反应步骤和反应活化能最大的反应步骤；

D、反应活化能最大的反应步骤和反应活化能最小的反应步骤；

（１）（Ａ）和（B）；（2）（Ａ）和（C）；（3）（B）和（C）；（4）（B）和（D）

8、有关直链和支链反应，下列描术中正确的是（3）

（A）凡是反应前后自由价保持恒定的链反应称为直链反应；

（B）凡是反应前后自由价发生变化的链反应称为直链反应；

（C）凡是反应前后自由价减少的链反应称为支链反应；

（D）凡是反应前后自由价增加的链反应称为支链反应；

（1）（A）和（C）；（2）（B）和（C）；（3）（A）和（D）；（4）（B）和（D）；

9、能完全由微观结构和运动形式来给出反应速率方程式的是（4）

（1）质量作用定理；（2）Arrhenius定理；（3）碰撞理论；（4）过渡态理论；

10、在液相反应中，通常下列哪些反应的速率取决于分子的扩散速率（2）

A、溶液中自由基的复合反应；B、浓硫酸催化乙酸与乙醇的酯化反应；

C、水溶液中的离子反应；D、在液相中反应活化大于40 kJ·mol-1的许多在机反应；

（1）A和B；（2）A和C；（3）B和C；（4）B和D；

二、填空题（每空1分，共10分）

1、在多相催化反应，反应物和产物的内外扩散为（物理）过程;反应物分子在催化剂表面的（化学）吸附，表面（化学）反应以及产物的（脱附），属于（化学）过程．

2、在液相反应中，惰性溶剂是指不直接参加（化学）反应，而仅给反应物分子提供（碰撞）背景及（物理）环境作用的那些溶剂。

3、链反应的传递物都是价键（不）饱和的（自由原子/或自由基）。

三、简答题（共6分）

1、基元化学物理反应（3分）

答：基元化学物理反应是指微观上由粒子(分子、原子、离子或原子团)相互作用一步完成的反应。原则上，对基元化学物理反应应该用量子理论进行处理。

2、液相分子反应的定义及它过程的三个步骤是什么？（3分）

答：液相分子反应是指中性的化学粒子(包括自由基)的反应。由于溶液中溶剂的存在，液相分子反应可视为由下列步骤所构成。

(1)扩散接触。反应物分子通过扩散，穿过周围的溶剂分子后，彼此接近。

(2)接触作用反应。反应物分子在一次相遇中在笼中停留有限的时间，发生反应

(3)产物生成后扩散离去。反应生成的产物从笼中挤出，向周围扩散。

四综合题（14分）

1、请描述链反应与一般反应的区别（6分）

答：(1)一般分子反应仅依赖于反应物的浓度和反应的温度，而其他因素的影响相对比较小。

链反应除了上述浓度、温度影响之外，其他因素的影响也很大，特别是添加物等的影响。（2分）

(2)一般分子反应的活化能，比链引发反应过程的活化能要低，但比链传播过程的活化能要高很多。（2分）

(3)对同类、同系列的链反应，其活化能与反应热Qp存在简单的线性关系。而一般的分子反应就不存在这种关系。（2分）

1、反应

(C2H5)3N+C2H5I

和(C2H5)4N+I-(1)

(CH3CO)2O+ 2C2H5OH

选用C6H14，C6H5-Cl2CH3COOC2H5+H2O(2)和 C6H5-NO2三种溶剂作为上述2个反应的介质，请回答：

（1）请就化合物的极性来预测上述2个反应中其相应的反应物、活化络合物和产物的极性大小，以此讨论溶剂极性对这2个反应的影响规律。（4分）

（2）请根据上面讨论的结果，给反应（1）和（2）在这三种溶剂中的反应速率常数k的大小排序（4分）？

答：（1）：对反应（1）是反应物的极性小，产物的极性大，活化络合物的极性比反应物的要大。如果在极性溶剂中反应，则溶剂与反应物的极性之差，比溶剂与活化络合物的极性之差要大，那么极性溶剂将会加速反应的进行；而对反应（2）则是反应物的极性大，产物的极性小，活化络合物的极性比反应物的要小。在极性大的溶剂中，则溶剂与反应物的极性之差，比溶剂与活化络合物的极性之差要小，那么极性溶剂将会降低反应的速率。

（2）: 对反应（1），其k的排序是：k（C6H14）< k（C6H5-Cl）< k（C6H5-NO2）;而对反应（2），其k的排序是：k（C6H5-NO2）< k（C6H5-Cl）< k（C6H14）。

（3）

第五篇：动力学论文

《结构动力学》小论文

利用对称性求解动力问题

组员姓名：

专业班级:

土木班

指导老师：

完成时间：2014年X月

《结构动力学》小论文

——动力计算中对称性的运用问题

一、摘要

用柔度法计算对称结构的振动频率和周期时，选取半结构可以简化计算。学习之初，对如何建立等效的半结构模型存在一些疑问，通过老师的讲解以及自己的摸索，逐渐形成了一个比较清晰的概念，这篇小论文将就这一问题和如何选取对称结构进行一个小结。

二、对称法理论分析简介

1.利用对称性求解多自由度体系的自振频率及其相应的主振型

（a）

结构对称，质量分布也对称。该类结构不仅可以利用对称性求自振频率和主振型；而且应充分的利用对称性进行简化计算。

图（1）

图1为一对称结构，质量分布也对称，其自由振动的微分方程为

yi=-j=14mjyjδij

（i=1,2,3,4）

（a）

由于对称性，有：

m1=m4，m2=m3

δ11=δ44，δ22=δ33，δ13=δ42，δ21=δ34

根据位移互等定理，有δij=δji（i不等于j）。将式（a）的第一式和第四式相加，第二式和第三式相加，分别得：

y1’=-m1y1’δ11‘-m2y2’δ12’

（b）

y2’=-m1y1’δ21‘-m2y2’δ22‘

（b）

式中：

y1’=y1+y4，y2’=y2+y3

δ11，=δ11+δ14，δ22，=δ22+δ23

δ12，=δ21，=δ12+δ13=δ21+δ24

再将式（a）的第一式减去第四式，第二式减去第三式，分别可得：

y1‘’=-m1y1‘’δ11‘’-m2y2‘’δ12‘’

（c）

y2‘’=-m1y1‘’δ21‘’-m2y2‘’δ22‘’

（c）

式中：

y1‘’=y1-y4，y2‘’=y2-y3

δ11‘’=δ11-δ14，δ22‘’=δ22-δ23，δ12‘’=δ21‘’=δ12-δ13=δ21-δ24

至此，把一组四元二阶方程式（a)简化为两组二元二阶微分方程式（b)和(c)，也就是说，求四个自由度体系的频率和主振型简化成求两个自由度体系的频率和主振型。

利用对称性计算频率和主振型时，通常可取半边结构计算。图1所示体系，其主振型不外乎图2，3和4，5所示的四种形式。图2，3为对称振型，图4，5为对称振型。它们分别可取图6和7所示的半边结构进行计算.下面给一算例：

例：求图示结构的自振频率及相应的主振型，EI为常数

图一

图二

对称结构，计算正对称振型时，B截面既不能转动，又不能移动，如图二，可取半边结构如下图三

图三

图四

计算反对称振型时，振型如图五，B截面只能转动，不能移动，可取半边结构如图六

图六

图五

图七

两种振型见图二和图五，由计算结果可知，该结构反对称主振型为第一主振型，其对应频率为第一主频率。

因此不管是静定结构还是超静定结构，是计算静态问题还是动态问题，对称结构在计算时通常可以简化，我们应充分利用对称性，使求解得以简化，以加快解题速度，达到更好的效果。

但对称法中还有很多值得商榷的小问题，以例题的形式开始讨论：

三、建立等效半结构模型

1、自由振动时半结构的选取

例1

试求图示刚架的自振频率。

L

EI

EI

EI

L

m

m

解：（1）结构对称，可取半结构。计算简图如下：

根据柔度系数的定义，在质量m处作用单位力，画出结构的弯矩图，图乘即得到柔度系数。

EIE

EI

EI

L

L/2

半结构计算简图

弯矩图

需注意，由于取了半结构，在计算自振频率时，质量应由原来的2m变为m进行计算。

（2）求整个结构的柔度系数，计算简图如下：

计算简图

弯矩图

绘弯矩图时，由于结构对称，可取半结构进行计算。但最终对整个结构进行图乘。

注意，此题实际上并没有取半结构，因此计算频率时质量仍为2m，虽然柔度系数为取半结构计算时的二倍，但与质量相乘可以约分，所得结果与取半结构计算是一样的。

（3）结论：

①

计算对称结构的自振频率时，如果取半结构，则质量应为原来的二分之一；对于半结构求柔度系数，应按柔度系数的定义在结构上施加单位力，绘出半结构的弯矩图并图乘，即所有的计算都是基于半结构的；

②

若仅仅对于绘弯矩图阶段取半结构，则单位力应变为原来的二分之一，求出整个结构的弯矩图并图乘，即计算是基于整个结构的，因此最后求频率时质量不变，实际上对于整个题目而言并没有取半结构；

2、受迫振动时半结构的选取

例2

图示结构在柱顶有电动机，试求电动机转动时的最大水平位移和柱端弯矩的幅值。已知电动机的质量集中于柱顶，W=20kN，电动机水平离心力的幅值，电动机转速，柱的线刚度。

h=6m

W

I=∞

解：（1）此题结构对称，仍可取半结构计算。根据结构的振动形式（水平振动），其半结构的选取以及弯矩图如下所示。

半结构计算简图

弯矩图

图乘，得：

注意，由于取了半结构，质量变为原来的一半（），外力幅值也应取原来的二分之一，即。

（2）求整个结构的柔度系数，仅在绘弯矩图时取半结构。则与例1相同，求柔度系数时施加在半结构的单位力变为，但结构的质量与施加在结构上的外力大小不变。计算过程如下。

弯矩图

图乘得：

注意，解法二实际上仍是基于整个结构的，仅仅在绘弯矩图时应用了对称性，因此质量与外力均不变。

（3）结论：

受迫振动时，有外力作用于对称结构上，如果选取半结构进行计算，则不仅质量变为原来一半，外力幅值也应变为原来的二分之一。但外力的频率不变。

四、总结

如何选取半结构（如什么时候该用滑动支座和铰支座），选取半结构之后各物理量应如何做出相应变化（如，求柔度系数时单位力是否变为原来一半，外力幅值是否变化等），以及如何避免计算结果与正确值相差二倍。对此，我们组经过讨论以及在做题的过程中也思考了很多。其实，现在看来，这个问题就变得很简单了，只要明白，如果一开始就利用对称性取了半结构，那么后面的求解都是基于半结构的；而如果仅仅在求柔度系数绘弯矩图时取半结构，那么计算还是基于整个结构的，这样就能明白到底哪些量应变为原来的一半，哪些不用变了。最后感谢龙老师对我们的谆谆教诲，让我们对结构有了更深的了解。