数字通信原理教学大纲(80学时)

第一篇：数字通信原理教学大纲(80学时)

数字通信原理

（Principles of Digital Communications）

本课程是通信工程专业的专业必修课程，主要介绍数字通信系统的构成、基本工作原理、主要性能指标的计算与分析方法以及数字信号的基本特性。通过学习本课程，使学生对数字通信及数字通信系统有较完整的概念，掌握数字通信的基本理论和技能，为从事数字通信工作奠定一定的基础。该课程总学时为80学时，其中授课学时为66学时，实验为14学时。

一、教学目的与要求

本课程的先行课程有：电路、概率论、信号与系统、通信电子技术等。1.了解通信发展史及信息概念。

2.掌握常用的模拟信号数字化的编码方法。

3.掌握数字信号的基带、频带传输原理，最佳接收原理。4.掌握同步技术。

5.掌握差错控制编码。

二、教学重点与难点

教学重点：PCM、ΔM编码、基带传输、频带传输、信道编码、同步技术。教学难点：各章节所涉及的数学推导、各种系统框图、各点波形。

三、教学方法与手段

课堂讲授和多媒体教学为主，加强实验环节，注重培养学生运用理论知识和实际动手操作的能力。

四、教学内容与目标

教学内容

1.绪论

1.1 通信的基本概念

1.2 通信系统的组成及主要性能指标 1.3 信道与噪声

3.模拟信号的数字传输 3.1 相关概念

3.2 脉冲编码调制（PCM）

3.3 增量调制（ΔM）及其改进型 3.4 其他调制方式

4.多路复用与数字复接 4.1

FDM、TDM

教学目标

了解 掌握 了解

掌握 掌握 掌握 了解

掌握

学时分配（66）1 1 2 10 2 4 2 2 4 2 4.2其他复用方式

6．数字信号的基带传输 6.1

数字基带信号

6.2

数字基带传输系统

6.3

无码间串扰的基带传输系统 6.4

眼图、均衡、部分响应技术 6.5

最佳接收

7.数字信号的频带传输 7.1

数字振幅调制 了解

掌握 掌握 掌握 掌握 掌握

掌握 2 12 2 2 2 3 3 12 2 7.2

数字频率调制 7.3

数字相位调制 7.4

QAM 7.5 其他调制及数字调制系统性能比较 8.同步系统

8.1

载波同步技术 8.2

位同步技术 8.3

群同步技术 9.差错控制编码

9.1

常用的几种简单分组码 9.2

线性分组码 9.3

循环码 9.4

卷积码

10.伪随机序列及编码 10.1 m序列

10.2 伪随机序列的运用 11.实验

PCM单多路编、译码实验 △M编、译码实验 HDB3编、译码实验 FSK调制、解调实验 DPSK调制、解调实验 循环码编、译码实验

五、考试范围与题型

考试范围与分数比例

1.模拟信号的数字传输 2.数字信号的基带传输 3.数字信号的频带传输 4.同步系统

5.差错控制编码

考试题型与分数比例

掌握 2 掌握 2 掌握 2 了解 4 10 掌握 3 掌握 4 掌握 3 10 了解 2 掌握 3 掌握 3 了解 2 4 掌握 2 了解 2 14 4 2 2 2 2

25% 25% 25% 10% 15% 1.2.3.4.填空 选择 分析 计算 20％ 10％ 35％ 25％

六、教材与参考资料

1.教材：王兴亮等编著.《数字通信原理与技术（第三版）》.西安：西安电子科技大学出版社，2009 2.参考教材：

1)程京等编著.《数字通信原理》.北京：电子工业出版社，2001 2)曹志刚.《现代通信原理》.北京：清华大学出版社，1992 3)郭永贞主编.《数字电子技术基础》.西安：西安电子科技大学出版社，2000 4)李文海等编著.《数字通信原理》.北京：人民邮电出版社，2001

（撰写人：胡春筠，审核人：）

第二篇：数字通信原理

批准人： 年 月 日

通信原理概论教案

作 业 提 要

课 目：数字通信原理概述

目 的：通过本节课让同志们了解数字通信的基本原理及概念，为下一步训练打下良好的基础。

内 容：

一、数字通信的概念

二、数字通信系统的模型及主要特点

三、数字通信系统的主要性能指标

四、数字通信网的概念

实施方法：理论讲解、多媒体演示 教学对象：集训队学员 时 间：20时钟 地 点：教室

要 求：

1、认真听课，做好笔记；

2、严格遵守课堂纪律不做与上课无关的事项；

3、大家在上课的过程中要积极思考，积极提问。

教学保障：计算机、投影仪各一台

作业进程

作业准备……………………………………………………3分钟

1.准备器材，清点人数； 2.宣布作业提要；

3.提示科目理论。

作业实施……………………………………………………42分钟

同志们这节课我们一起来学习数字通信的基本原理。现代通信技术的发展趋势为五化：数字化、综合化、宽带化、智能化和个人化；而数字化是其它四化的基础。这不仅因为数字化信息具有很高的传输质量，便于加密、纠错、交换和计算机进行处理。而且采用数字技术可使图像、数据、话音等各种连续的和离散日消息都能转换为0和1形式的数字信号，从而综合在一个网内传送和处理，实现不同业务终端之间的互通，为通信业务的多样化和多媒体通信开辟了道路。还使数字传输与数字交换得以综合而实现网络技术一体化；等等。随着学习的深入，同志们就会逐步体会到“电信技术的革命关键在于数字化”这句话的道理。

模拟通信必将被数字通信所取代已成为世界各国的共识，面临这一变革。我们本节课的目的在于使同志们对数字通信建立初步的概念，主要介绍以下几个问题：

1、数字通信的概念

2、数字通信系统的模型及主要特点

3、数字通信系统的主要性能指标

4、数字通信网的概念

一、数字通信的概念

现代电子通信，就它的基本技术体制来说，可以氛围两种类型，即模拟通信与数字通信。在讲述什么是模拟通信和数字通信之前，我们需要先对模拟信号与数字信号加以说明。

（一）模拟信号与数字信号

1、模拟信号

大家知道，在通信时，消息是携带在信号的某个参量或某几

个参量上的（如连续波的振幅、频率、相位，脉冲波的振幅、宽度、位臵等）。如信号的某个参量可以取无限多个数值并且与消息一一对应则该信号，称为模拟信号。如语声激励话筒而产生的语音信号，电视摄象机输出的亮度信号等。

2、数字信号

凡某一参量只能取有限个数值的信号，我们称之为数字信号。如早期的电报信号、电传机送出的脉冲信号等。图b是数字信号的波形，其特点是：幅值被限制在有限个数值之内。

需要说明的是，模拟信号有时也称为连续信号，因为模拟信号的某一参量可以连续变化（可以取无限多个值）。数字信号有时也称为离散信号，因为数字信号某一参量的去取值是离散的。

（二）模拟通信与数字通信

通信的目的是为了传递和交换携带信息的信号。根据信道上传输的信号是模拟信号还是数字信号，通信技术体制分为模拟通信和数字通信两类。

1、模拟通信 通常以模拟信号的形式来传递消息的通信方式称为模拟通信。所以模拟通信系统将按模拟信号传输特点来设计。

2、数字通信 通常将以数字信号的形式来传递消息的方式称为数字通信。同理，数字通信系统将按数字信号传输的特点来设计。

需要强调的是，模拟信号并非一定要在模拟通信系统中才能传输，任何模拟信号都可经模/数转换边为数字信号后，在数字信道中传输。数字电话通信就是以数字方式传输语音模拟信号的例子。同样，数字信号也并非一定要在数字通信系统中才能传输，只要加上相应的数字终端设备，数字信号也可在模拟通信系统中传输。任何一种信息，即可以用模拟方式传输，也可以用数字方

式传输，而且不论是模拟通信还是数字通信，在整个通信系统中有较大一部分是共用的。这对了解数模兼容的通信技术是十分重要的。

二、数字通信系统模型及主要特点

（一）数字通信系统模型及各部分功能

信源：其功能是把原始消息变换成原始电信号。常见的信源产生模拟信号的电话机、话筒、摄象机和输出数字信号的电子计算机、电传机、纸带读出机等各种数字终端设备。

信源编（译）码：信源编码的功能有二，当信源送来的是模拟信号时，发端的信源编码器要将模拟信号转换为数字信号。信源编码的第二个作用是进行降低信号冗余度的编码，其目的是减少码元数目和降低码元速率，提高传输有效性。这方面的内容我们后面会讲到。

信源译码的作用与信源编码相反。例如，信源编码为模数转换器时，信源译码就是数模转换器。

信道编（译）码：信道编码又称抗干扰编码或纠错编码。它是将信源编码器输出的数字基带信号人为地按照一定的规律加入多余码元，以便在接收端译码器中发现或纠正码元在传输中的错误，这样可以降低码元传输的概率。初看起来，信道编码增加多余度的作用与信源编码降低多余度的作用互相抵消了。其实不然，因为信源编码中降低的是数字信号中的自然冗余度，它是随机的，因此自然冗余度不能起纠正错误的作用。而信道编码中加入的多余码元是为使数码形成一定规律，从而使接收端能识别并纠正错误。

信道译码的作用与信道编码相反。

加（解）密器：其作用是对信码进行加（解）密。数字调制（解调）器：将工作在较低频段上的数子基带信号

经过调制，将数字基带信号的频带搬移到相应的信道频带上。

说明：

1、一个实际的数字系统，并非都具备以上所有环节。

2、由于数字通信传输的是一个接一个按节拍传送的数字信号，所以接收端必须有一个与发送端相同的节拍；不然，会因为收发步调不一制而造成混乱，故数字通信系统必须有一个同步问题

（二）数字通信的主要特点

通过刚才对数字通信系统模型和各部份作用的学习，接下来我们简要介绍一下数字通信的特点。

1、抗干扰能力强，无噪声积累

在模拟通信中，为了提高信噪比，需要及时对传输信号进行放大（增音），但在放大的同时噪声也被放大，由于模拟信号的幅值是连续的，难以把传输信号与干扰噪声分开，随着传输距离增加，噪声积累也随之增大，从而使传输质量恶化。

在数字通信中，由于数字信号的幅度取值只有有限个（通常取0和1两个值），在传输过程中受到噪声干扰时，只要信噪比没有恶化到一定程度（噪声不使判决发生错误），可通过经一段距离再生一次的方法，再生出已消除噪声的原发送信号。由于无噪声积累可实现长距离高质量传输。

2、便于加密

3、可采用信道编码技术使错误率降低；

4、设备便于集成化、微型化；

由于设备中大部分电路都是数字电路，而数字电路比模拟电路更容易集成化，可采用大规模和超大规模集成电路，制成体积小、功耗低、成本低、可靠性高、速度快的设备。

5、更有利于传输和交换的综合

在计算机和程控数字交换技术迅速发展和广泛应用的背景下，数字通信能使传输和程控交换都以数字信号形式进行。这不仅可省去许多设备，而且大大改善男端对端的话音质量。数字交换和数字传输的结合形成了综合数字网（IDN），这将使通信网的建设大为便利和节约，并便于利用计算机对数字信息进行各种处理。

6、可兼容数字、电话、电报、数据和图像及各种信息的传输，组成综合业务数字网；

数字通信中所有的信号（语音、电报、音乐、数据等）都可以转换为统一形式的二进制数字脉冲，进入IDN进行传输和交换，实现端对端的数字连接，成为综合业务数字网（ISDN）。ISDN可为多种业务共用，因此通信网变得更为灵活和经济高效。在实际应用中还可带来极大的便利。

7、占用信道频道宽（缺点）；如：模拟通信一路话占4KHZ，数字电话一路话占十几至几十KHZ；

以上列举了数字通信的主要优点，但数字通信也有它的缺点，最主要的一个缺点是占用的信道频带比较宽。我们只举一个例子给出大致的数量概念，以通电话为例，模拟通信中一路话音信号占用的频带为4kHz，而数字电话一般需要十几~~几十kHz的带宽；此外数字通信的设备一般 也比模拟通信复杂一些。

三、数字通信系统的主要性能指标

在设计及评价一个通信系统时，必然涉及通信系统的性能指标问题。通信系统的性能指标包括信息传输的有效性、可靠性、适应性、经济性、标准性、及维护使用方法等等。因为通信的任务是传递信息，从信息传输角度讲，在各项实际要求中起主导的、决定作用的，主要是通信系统传输信息的有效性和可靠性。

（一）有效性指标

指给定信道和时间内的传输信息的多少，是系统信息数量上的表征；它通常用码元速率RB、信息速率Rb和频带利用率衡量。

1、码元速率（RB）

码元速率RB也称为传码率，符号传输速率等。定义：码元速率RB是指每秒钟传输码元的数目。单位：为波特（baud）简记为B。

2、信息速率（Rb）也称为传信率、比特率。定义：每秒钟传输的信息量。单位：比特/秒，简记为（b/s）

3、频带利用率（η）单位频带内的传输速率。

（二）可靠性指标

是指信道系统传输信息质量上的表征，指的是接收信息的准确程度。衡量数字通信系统可靠性的主要指标是错误率，具体的有误码率Pe和误信率（误比特率）Pb两种表示方法。

1、误码率（Pe）

在传输过程中发生误码的码元个数与传输的总码元数的比值，用Pe表示；

2、误信率（Pb）

系统在传输中发生差错的比特数与传输总比特数的比值，用Pb表示。

错误率的大小由通路的系统特性和信道质量决定。最后需指出的是：可靠性和有效性指标是互相矛盾的和可以互换的，即可通过降低有效性的方法来提高系统的可靠性，或反之。

四、数字通信网的概念

（一）通信网的概念及发展方向

通信的最基本的形式是在点与点之间建立通信系统，但尽管

有许多这样的通信系统，还是不能称为通信网，只有将众多的通信系统按一定拓扑模式组合在一起才称为通信网。即多个点对点的通信系统相互连接构成的通信体系称为通信网。通信网硬件的三要素为：终端节点（对应图中的用户）、交换节点（对应图中的端局，汇接局）及传输链路。对传统的模拟通信方式而言，终端节点发出的和接收的信号都是模拟信号，链路中传输和交换节点交换的信号及是模拟信号，这样的通信网叫模拟通信网。

随着经济的高速发展，要求通信网提供的业务种类越来越多，传递信息的形式已从传统的电话通信向数据通信、图像通信乃至多媒体通信等多样化方向发展。且通过通信网传输、交换、处理的信息量不断增大，质量要求也越来越高，这就要进一步提高传输效能及设备效率等等。现代通信网根据这种形势，正加速采用现代通信技术，以计算机为基础的各种智能终端技术和数据库技术积极使通信网向数字化、综合化、宽带化、智能化和个人化方向发展。世界各国在发展过程中第一步通常是建设本国的综合数字网（IDN），第二步是在IDN的基础上组建综合业务数字网（ISDN）和宽带综合业务数字网（B-ISDN）下面我们就对IDN和ISDN作一简要介绍。

（二）综合数字网（IDN）

由于微电子技术和计算机技术的发展，目前国际上较发达国家长途传输的数字化已接近百分之百，市内电话局中交换设备也基本数字化。采用数字传输与数字交换综合而成的电话网称为综合数字网（IDN）。这里的综合是指传输和交换处理都是以数字方式进行的，但在IDN中，终端节点所发送的信号仍然是模拟信号。

由于终端节点发送的信号是模拟信号，所以，这样的网络不能进行业务的综合，即对不同的通信业务需要不同的专用IDN。为电话通信所建立的IDN就叫电话IDN。

综合数字网除了具有1)、抗干扰性强；2)、失真不积累；3)、终端设备简单；4)、便于加密；5)、网络成本低；6)、传输性能好等数字通信技术所具有的优点外，还由于广泛采用数字设备后，数字网在连接点上不再需要模/数交换和数/模变换，因此可以节省许多费用，降低了网络成本，并能提高传输性能，经济的实现高质量通信，具有较好的经济效益。随着各种电信新业务的日益增多，综合数字网为将来过渡到综合业务数字网（ISDN）创造了必要的条件。

（三）综合业务数字网（ISDN）

1、ISDN的基本定义和特点

ITUT在1984年提出的关于ISDN的一系列建议中指出ISDN是以电话IDN为基础发展而成的网络。它提供对端的数字连接性，用来提供包括话音和非话音业务在内的多种业务；用户能够通过一组标准多用途的用户/网路接口接到这个网络。

ISDN的基本概念和特点可归纳为以下几点： 1）ISDN是可以提供多种业务的电信网络；

2）ISDN在电话IDN的基础上发展而成的，发展初期还是以电话为主；

3）ISDN主要特点是在网内可实现端到端的数字连接； 4）用户通过一组标准多用途的用户/网路接口接入网络，可以适应不同业务的终端；

5）ISDN的用户终端设备中网路组成可以分别开发，网路可用不同方式向用户提供多种业务；

6）为利于网路维护和管理，ISDN应具有包括信息处理在内的综合网路功能。

由上述特点可知，采用ISDN给通信网建设带来的好处为： 1）由于通信网内的技术设备可谓多种业务共用，因此通信网

变得更为经济有效。

2）在规划和介入新任务时具有很大灵活性。

3）传输和交换过程中不需要经过信号形式的变化，有利于传输质量的提高。

4）同一的操作程序，使用者便于操作；同一的技术，简化了运营与维护，节省费用。

5）对光纤等传输介质的宽带特性可充分利用。

一个通信网只要它能够提供数字连接，不论网路如何组成，从用户的观点看，它就是ISDN；只要遵循业务标准，网路能力标准，接口标准，每个国家都可以按照各自的国情以不同方式实现ISDN。

作 业 讲 评

本节课我们利用了约45分钟时间对数字通信原理概述进行了学习，今天的学习过程中，同志们认真听讲、积极思考，对数字通信原理概述知识有了一定的了解。好的同志有XXX，他们学习兴趣浓厚，在课堂中积极发言，希望在以后的学习中大家向他们学习。下节课我们将对数字光纤通信原理进行学习，希望同志们利用课余时间进行预习。今天的就讲到这里。

思 考 题

1、模拟信号与数字信号之间的区别是什么？举例说明。

2、试述数字通信的主要特点有哪些？为什么？

3、数字通信系统中，其可靠性和有效性指是什么？

教员：杨博

2011年12月15日

第三篇：数字通信原理与技术教学大纲(2014-2015)

数字通信原理

（Principles of Digital Communications）

本课程是物联网工程专业的专业必修课程，主要介绍数字通信系统的构成、基本工作原理、主要性能指标的计算与分析方法以及数字信号的基本特性。通过学习本课程，使学生对数字通信及数字通信系统有较完整的概念，掌握数字通信的基本理论和技能，为从事数字通信工作奠定一定的基础。该课程总学时为84学时，其中授课学时为64学时，实验为20学时。

一、教学目的与要求

本课程的先行课程有：电路、概率论、信号与系统、通信电子技术等。

1.了解通信发展史及信息概念。

2.掌握常用的模拟信号数字化的编码方法。

3.掌握数字信号的基带、频带传输原理，最佳接收原理。

4.掌握同步技术。

5.掌握差错控制编码。

二、教学重点与难点

教学重点：PCM、ΔM编码、基带传输、频带传输、信道编码、同步技术。教学难点：各章节所涉及的数学推导、各种系统框图、各点波形。

三、教学方法与手段

课堂讲授和多媒体教学为主，加强实验环节，注重培养学生运用理论知识和实际动手操作的能力。

四、教学内容与目标

教学内容 教学目标 学时分配（64）

1.绪论 4 1.1 通信的基本概念

了解 1 1.2 通信系统的组成及主要性能指标

掌握 1 1.3 信道与噪声

了解 2 3.模拟信号的数字传输 10 3.1 相关概念

掌握 2 3.2 脉冲编码调制（PCM）

掌握 4 3.3 增量调制（ΔM）及其改进型

掌握 2 3.4 其他调制方式

了解 2 4.多路复用与数字复接 6 4.1

FDM、TDM 掌握 3 4.2其他复用方式

了解 3 6．数字信号的基带传输 10 6.1

数字基带信号

掌握 2 6.2

数字基带传输系统

掌握 2 6.3

无码间串扰的基带传输系统

掌握 2 6.4

眼图、均衡、部分响应技术

掌握 3 6.5

最佳接收

掌握 1 7.数字信号的频带传输 10 7.1

数字振幅调制

掌握 2 7.2

数字频率调制

掌握 2 7.3

数字相位调制

掌握 2 7.4

QAM 掌握 2 7.5 其他调制及数字调制系统性能比较

了解 2 8.同步系统 10 8.1

载波同步技术

掌握 3 8.2

位同步技术

掌握 4 8.3

群同步技术

掌握 3 9.差错控制编码 10 9.1

常用的几种简单分组码

了解 2 9.2

线性分组码

掌握 3 9.3

循环码

掌握 3 9.4

卷积码

了解 2 10.伪随机序列及编码 4 10.1 m序列

掌握 2 10.2 伪随机序列的运用

了解 2 11.实验 20 CPLD可编程数字信号发生器工作原理、各种模拟信号电路原理实验话路终端信号的发送和接收原理实验 2 抽样定理与PAM调制解调实验 2 PCM单多路编、译码实验 4 AMI/HDB3编译码过程实验 2 FSK调制、解调实验 2 二相BPSK(DPSK)调制、解调实验 2 数字同步与眼图实验 2 VCO锁相环电路实验 2

五、考试范围与题型

考试范围与分数比例

1.通信的概念、组成及指标 10% 2.模拟信号的数字传输 20% 3.数字复接与多路复用 5% 2.数字信号的基带传输 20% 3.数字信号的频带传输 20% 4.同步系统 10% 5.差错控制编码 15% 考试题型与分数比例

1.填空 20％ 2.选择 10％ 3.分析 35％ 4.计算

25％

六、教材与参考资料

1.教材：王兴亮等编著.《数字通信原理与技术（第三版）》.西安：西安电 子科技大学出版社，2009 2.参考教材：

1)樊昌信等编著.《通信原理》.国防工业出版社，2012 2)曹志刚.《现代通信原理》.北京：清华大学出版社，1992

3)郭永贞主编.《数字电子技术基础》.西安：西安电子科技大学出版社，2000

4)李文海等编著.《数字通信原理》.北京：人民邮电出版社，2001

（撰写人：，审核人：）

第四篇：化工原理D(64学时)教学大纲

《化工原理D（64学时）》教学大纲

398-403 英文名称：Principle of Chemical Engineering 学

分：4

学

时：64 学时

理论学时：48学时

实验学时：16 学时 先修课程：高等数学、普通物理、物理化学、无机化学、有机化学 适用专业：自动化、轻化工程、化学等专业

教学目的：

本课程是在学生学完预修课程: 高等数学、物理学和物理化学等课程学习的基础上开设的一门专业基础课，是一门工程学科的课程。使学生掌握研究化工生产中各种单元操作的基本原理，过程设备和计算方法。培养学生具有运用课程有关理论来分析和解决化工生产过程中常见实际问题的能力。并为后续专业课程的学习打下必要的基础。教学要求：

1． 熟练掌握最基本的单元操作的基本概念和基础理论，对单元过程的典型设备具备基础的判断和选择能力；

2． 掌握本大纲所要求的单元操作的基本常规计算方法，常见过程的计算和典型设备的设计计算或选型；

3． 熟悉运用过程的基本原理，根据生产上的具体要求，对各单元操作进行调节；

4． 了解化工生产的各单元操作中的故障，能够寻找和分析原因，并提出消除故障和改进过程及设备的途径。

教学内容：

绪论（2学时）1．化工过程与单元操作的关系

化工生产过程的特点

化工工艺学与化学工程学的性质

单元操作的任务 2．《化工原理》课程的性质，内容

基础理论

典型单元操作

相关课程 3．《化工原理》课程规律和重要基础概念

物料衡算

能量衡算

单位换算和公式转换

平衡关系

过程速率

经济效益 基本要求：

了解《化工原理》课程的性质和学习要求。重

点：

化工原理课程中三大单元操作的分类和过程速率的重要概念的内涵。难

点：

使学生通过对课程性质的了解，把基础课程的学习思维逐步转移到对专业技术课程的学习上，在经济效益观点的指导下建立起“工程”观念。

第一章

流体流动（14学时）1．概述

流体的特性

连续介质模型 2．流体静力学原理和应用

流体密度

流体静压强

流体静力学基本方程

U型压差计 3．流体流动中的守恒定律

流体流动的连续性方程及其应用

定态流动

柏努利方程及其几何意义和应用

流线与轨线 4．流体流动的阻力

管流现象

流动型态——层流和湍流

雷诺数的物理意义和临界值

流动阻力分析

管流阻力计算

牛顿粘性定律

管流速度分布

边界层的发展和和分离 5．流体流动阻力的计算

直管阻力计算式

层流时的摩擦系数

湍流时的摩擦系数 海根-泊稷叶公式样

布拉修斯公式

范宁公式

局部阻力系数法和当量长度法

非圆管道的当量直径计算法

因次分析法

Moody图及其使用 6．管路计算

简单管路与复杂管路

简单管路计算的方程组

管路的设计型计算

管路的操作型计算

空气、水在管中的常用流速范围

简单管路的典型试算法 7．流速和流量的测量

皮托管

孔板流量计

文丘里流量计

转子流量计 基本要求：

熟练掌握流体静力学基本方程式，连续性方程式和柏努利方程式及其应用；正确理解流体的流动类型和流动阻力的概念；掌握流体流动阻力的计算，简单管路的设计型计算和输送能力的核算。了解测速管，文丘里流量计,孔板流量计和转子流量计的工作原理和基本计算。重

点：

流体流动过程中的基本原理及流体在管内的流动规律；柏努利方程式的应用；流体在管道内的流动阻力产生的原因和摩擦阻力的计算；简单管路的计算。难

点：

流体的不同流型的摩擦系数及其计算，简单管路的设计型计算和输送能力的核算。

第二章 流体输送机械（6学时）

1．离心泵的结构和工作原理

叶轮的构造及其类型

泵壳的作用

气缚现象与灌泵 2．离心泵的性能参数和特性曲线及影响因素

泵的流量、扬程、轴功率和效率参数

升扬高度

扬程、轴功率、效率与流量的关系曲线

泵的设计点和离心泵的铭牌参数

液体物理性质对特性曲线的影响。

泵的转速和叶轮直径对特性曲线的影响。3．离心泵的工作点和流量调节

管路特性曲线方程式

改变阀门的开度

改变泵的转速及叶轮外径

对离心泵工作点的影响

离心泵的串联和并联 4．离心泵的安装和选型

汽蚀现象

安装高度

离心泵的类型

离心泵的选型 5．其他类型的流体输送机械

往复泵

风机 基本要求：

掌握离心泵的性能参数、泵的特性曲线、工作点和流量调节；了解离心泵安装高度的确定原则；正确选用离心泵的型号。重

点：

离心泵的特性曲线及其影响因素;管路特性曲线方程式。难

点：

离心泵的工作点的改变;离心泵安装高度的计算。

第三章 传热及换热器（12学时）

1．概

述

传热的基本方式

冷、热流体热交换的形式

传热速率和热通量及其相互关系

传热在化工生产中的应用 2．热传导

温度场与傅立叶定律

导热系数的物理意义

温度和压力对导热系数的影响

平壁和圆筒壁的热传导过程的特点

壁内温度分布形式

接触热阻

热传导速率的计算式

3．对流传热

对流传热过程分析

对流传热过程的分类

牛顿冷却定律

影响对流传热系数的主要因素

无相变化流体的对流传热系数准数关联式

有相变化流体的传热系数关联式

对流传热系数的一般范围

传热系数计算公式中的解析方法、因次分析法和纯经验法的应用

4．传热过程计算

冷、热流体间壁传热过程的分解

传热速率方程式及其物理意义

无相变化与有相变化时热负荷的计算

恒温传热与变温传热平均温差的计算

推导对数平均温度差的简化假设条件

总传热系数的意义和计算

传热面积的计算与壁温的估算

换热器的设计型计算

换热器的核算型计算

5．换热器

换热器的分类

传热过程的强化途径

换热器的设计与选型 基本要求：

熟练掌握热传导的基本原理，傅立利定律，平壁与圆筒壁的稳定热传导及计算，掌握对流传热的基本原理，牛顿冷却定律，对流传热系数关联式的用法和条件；熟练运用传热速率方程并对热负荷、平均温度差、总传热系数进行计算；要求能够根据计算结果及工艺要求选用合适的换热器。了解列管换热器的结构特点及其应用。重

点：

傅立叶定律及其一维稳态热传导应用；牛顿冷却定律和影响对流传热系数的主要因素；流体在圆形直管内强制湍流传热及对流传热系数的计算；换热器的热负荷计算，对数平均温度差的计算；总传热系数的计算；换热器的设计型计算。难

点：

传热过程中传热速率、传热推动力和热阻的基本概念；流体的相态的物理性质，流动状况和类型以及传热设备的型式对对流传热过程的影响；对流传热系数的类比法的应用，换热器的总传热系数与对流传热系数的关系及其简化应用；换热器的核算型计算。

第五章 液 体 蒸 馏（12学时）1．概述

蒸馏原理与蒸馏操作

闪蒸 2．双组分体系的汽液平衡

理想体系的汽液平衡

非理想体系的汽液平衡 3．双组分简单蒸馏

简单蒸馏 4．双组分连续精馏

连续精馏原理与过程分析

基本型连续精馏塔的设计型和操作型计算

其它类型的连续精馏 基本要求:

了解蒸馏与蒸发的区别；掌握相对挥发的定义；了解闪蒸的原理；掌握用安托因方程计算平衡的汽液相组成；掌握 “t~x~y”图线、泡点线和露点线；了解总压对泡点线和露点线的影响；了解正、负偏差溶液的形成和特点。了解简单蒸馏的计算；掌握精馏原理及回流的定义；掌握全塔物料衡算；掌握恒摩尔流假设；掌握五种进料状态；掌握平衡线、q线、精馏段操作线和提馏段操作线；掌握理论板的定义及全塔效率的概念。掌握全回流、最小回流比和最佳加料板位置的概念；掌握进料状态对理论塔板数的影响；掌握设计型计算中图解法、逐板计算法求解理论塔板数的方法；了解吉利兰快速估值法和芬斯克方程求最少理论塔板数。在操作型计算中，掌握进料浓度、回流比的变化对塔顶产品和塔底产品的影响。了解直接蒸汽加热、分凝器、冷液回流、侧线出料和回收塔各自的特点。重

点:

相对挥发度 , “t~x~y”图线 , 精馏原理 , 恒摩尔流假设 , 进料状态 , 操作线方程 , 操作型计算和设计型计算。

难

点:

“t~x~y”图线 , 精馏原理 , 操作型计算与判断。

第六章 气 液 传 质 设 备（2学时）

1． 概述

塔设备的分类 塔设备的性能指标 2． 填料塔

填料塔的结构 填料的种类

填料塔的流体力学性能和气液传质 填料塔附件

等板高度 3． 板式塔

板式塔的结构 塔板的型式

塔板的流体力学性能

塔板效率 4． 填料塔和板式塔的比较

两种塔型的异同点

塔型的选择 基本要求：

了解填料塔和板式塔的主要构件；掌握塔内气液两相的流动状况和传质特性；了解常见的不正常操作情况和评价设备的基本性能；熟悉常规塔设备的一般计算方法。重

点：

气体通过填料层的压力降；影响泛点气速的主要因素。板式塔的负荷性能图；筛板塔的设计。难

点：

填料塔压降通用关联图及其应用；板式塔的操作参数与塔板结构尺寸的关系。

实验教学：

1.流体流动阻力测定实验（4学时）

综合性实验

基本要求：

测定流体流过光滑管与粗糙管的直管阻力，作出实测的摩擦系数与雷诺数曲线，并与教材中推荐的经验曲线或理论关系曲线相比较；测出一定开启度的闸阀的局部阻力系数数值。重

点：

保证实验中的流动稳定，正确读取转子流量计读数和Ｕ型压差计及压差传感器的读数。

难

点：

实验系统的气体排除，倒Ｕ型管压差计及压差传感器的使用。

2.离心泵性能特性曲线测定实验（４学时）

综合性实验 基本要求：

测定离心泵在一定转速下输送水的特性曲线，即压头、轴功率和泵效率与流量曲线。重

点：

了解离心泵的结构，操作要点；仪器的使用方法各操作参数的测定方法。难

点：

离心泵的灌泵和启动；真空表和压力表的正确读数；涡轮流量计的正确使用；扭矩仪及压差传感器的正确读数。

3.对流给热系数测定实验（4学时）

综合性实验

基本要求:

观察水蒸气在管外壁面冷凝的现象;学会用热电阻测量内管壁温的原理及测定方法,测出“水与水蒸汽”或“空气与水蒸汽”体系的传热膜系数，并与由经验式计算值相比较。重

点：

了解套管换热器的结构；蒸汽中冷凝水和不凝性气体排放；流体流量的稳定；热电阻的温度正确读取。难

点：

保持蒸汽压力恒定；使传热处于稳定状态；冷凝液的液面恒定。

4.精馏实验（4学时）

综合性实验 基本要求: 掌握双组分连续精馏塔的实验原理及测定方法,测定“乙醇与水”体系的全塔效率或等板高度。重

点：

了解精馏塔的结构；全回流条件下的总板效率或等板高度的测定。难

点：

非理想物系的理论塔板数的求取。

考核方式：

理论课闭卷考试，实验成绩结合实验操作和实验报告得到。总平成绩结合理论考试和实验成绩得到。

考题出自全国《化工原理》专业指导委员会编制的试题库。参考教材：

1．陈敏恒,丛德滋,方图南,齐鸣斋.《化工原理》上册(第二版),化学工业出版社，1999 2．陈敏恒,丛德滋,方图南,齐鸣斋.《化工原理》下册(第二版)，化学工业出版社，2000 3．柴诚敬,张国亮.《化工流体流动与传热》，化学工业出版社，2000 4．贾绍义,柴诚敬.《化工传质与分离过程》，化学工业出版社，2001 5.冯晖,居沈贵,夏毅.《化工原理实验》，东南大学出版社，2003 6.管国锋,赵汝溥.《化工原理》(第二版)，化学工业出版社，2003

第五篇：化工原理教学大纲(54学时)

化工原理课程教学大纲（Ⅰ）

课程中文名称：化工原理（上、下）课程英文名称：The Principle of Chemical

Engineering 课程类别：院级公共课

课程编号:0811100017，0811100018 课程归属单位：化学工程学院 制定时间： 2010年9月

一、课程的性质、任务

1．课程的性质、任务

《化工原理》属工科学科，是化学工程、化工工艺类及其相近专业的一门主干课。该课程用自然科学的原理考查、解释和处理工程实际问题。其研究方法主要是理论解析和在理论指导下的实验研究。本课程强调对学生工程观点、定量运算、实验技能和设计能力的训练，强调理论与实际的结合，以提高学生分析问题、解决问题的能力。

2．教学的基本要求

学生在学习该门课程后，应具备以下两方面的能力：一是熟悉现有生产过程中的各种单元操作；二是具备分析和解决单元操作中各种问题的能力，即在科学研究和生产实践中对设备应具有操作管理、设计、强化与过程开发的本领。

3．适用专业与学时数

适用专业：化学工程、过程装备与控制、环境工程、食品科学与工程、生物工程、制药工程； 总学时：108学时，其中课堂教学80学时，实验28学时。学分：8 4．本课程与其它课程关系

本课程教学包括三个主要教学环节：课堂教学、实验教学和课程设计。《化工原理》是化学工程、化工工艺类及其相近专业的一门主干课。为学生在具备了必要的高等数学、物理、物理化学、计算技术等基础知识之后必修的技术基础课。在相应专业的教学计划中起到为自然学科与应用学科搭桥的作用。

5．推荐教材及参考书

推荐教材：谭天恩、窦梅、周明华.《化工原理》.北京：化学工业出版社，2007.参考书目：

[1]陈敏恒.《化工原理》.北京：化学工业出版胁社，2006。[2]（英）J．M．柯尔森等.《化学工程》（中译本）.北京：化学工业出版胁社，1983。[3]吴望一.《流体力学》.大学出版社，1982。

[4]戴千策、陈敏恒.《化工流体力学》.北京：化学工业出版，2004。

[5]《化学工程手册》编辑委员会.《化学工程手册》.北京：化学工业出版社，2005。[6]国家医药管理局上海医药设计院.《化学工艺设计手册》.北京：化学工业出版社，2002。[7]上海化工学院等编.《化学工程》.北京：化学工业出版社，1980。[8]上海化工学院等编.《基础化学工程》.上海：上海科学技术出版社，1980.[9]（美）N．P．CHOPEY.《化学工程计算手册》（中译本）.大连：大连工学院出版社，1986。

6．主要教学方法与媒体要求

课堂讲授为主，讨论、自学、设备实物或模型现场教学、计算机辅助教学为辅。

二、各章教学内容和要求

绪论（2学时）1．基本内容和要求：

1.课程性质 2.单位换算 3.物料衡算 4.热量衡算

2．教学重点及难点：

1.单位换算 2.物料衡算 3.热量衡算

第一章 流体流动（12学时）1．基本内容和要求：

1.流体静止基本方程及应用；

2.流体流动基本方程及应用；

3.流动型态及判断，管内流动分析，端流特性，边界层概念； 4.管内流动的阻力损失及其计算，因次分析方法； 5.简单管路、分支管路的计算；

6.流量测量； 7.非牛顿型流体的概念。

2．教学重点及难点：

1.流体静力学平衡方程及其应用 2.连续性方程及其应用 3.柏努利方程及其应用 4.层流和湍流的基本特征与判别 5.流动阻力计算

6.简单管路与复杂管路设计型问题和操作型问题的定量计算 7.管路操作型问题的定性分析。

第二章 流体输送机械（6学时）1．基本内容和要求：

1.离心泵理论压头和实际压头(扬程〉

2.特性曲线和泵的选用计算 3.工作点与流量调节 4.气缚与汽蚀现象 5.安装高度

6.离心风机

7.特性曲线和风机选用计算；

8.其他常用流体输送机械介绍。

2．教学重点及难点：

1.离心泵主要特性参数 2.特性曲线 3.安装高度 4.工作点与流量调节 5.离心泵选用、安装与操作

6.流体输送设计型和操作型问题的定量计算 7.流体输送操作型问题的定性分析。

第三章 机械分离（4学时）1．基本内容和要求：

1.筛分。2.重力沉降原理及设备； 3.离心沉降原理及设备； 4.过滤基本方程及应用

5.板框压滤机、转筒真空过滤机及计算；

6.离心机介绍。

2．教学重点及难点：

1.过滤基本方程及其应用

2.间歇过滤机的最佳生产周期的定量计算 3.重力沉降与离心沉降基本公式 4.旋风分离器结构、工作原理。5.颗粒分级概念 6.粒级效率的概念。

第五章 传热（12学时）1．基本内容和要求：

1.热传导：傅立叶定律及其在一维稳定导热中的应用

2.两流体间壁传热的分析及计算

3.牛顿冷却定律

4.传热速率方程与热量衡算式 5.平均温度差计算 6.壁温的计算；

7.对流传热系数及其主要影响因素

8.对流传热系数的确定方法

9.辐射传热基本知识

10.两固体间辐射传热计算，11.加热和冷却方法

2．教学重点及难点：

1.傅立叶定律

2.对流给热方程及对流给热系数 3.传热速率方程 4.热量衡算方程 5.总传热系数

6.传热的设计型和操作型问题定量计算 7.传热操作型问题定性分析 8.换热器优化设计概念 9.强化传热过程的途径

10.列管换热器结构、工艺计算与选型

第六章 传热设备（2学时）1．基本内容和要求：

1.常用传热设备的介绍 2.传热的强化与削弱

3.套管式、列管式热交换器的计算。

第七章 蒸发（2学时）1．基本内容和要求：

1.单效蒸发的计算 2.蒸发设备中的温度差损失 3.真空蒸发、多效蒸发及流程介绍 4.常用蒸发设备介绍。

2．教学重点及难点：

1.溶液沸点升高与杜林规则 2.单效蒸发原理及计算 3.提高加热蒸汽经济程度的措施 4.蒸发器的结构及选用

第八章 传质过程导论（2学时）1．基本内容和要求：

1.相组成表示法 2.分子扩散和费克定律

3.等分子反向扩散和通过静止组分的单向扩散 4.扩散系数 5.湍流流体中的扩散

6.对流传质，相际传质，传质速率和传质系数 7.常用传质单元操作及设备。

2．教学重点及难点：

1.相组成表示法 2.分子扩散和费克定律

3.等分子反向扩散和通过静止组分的单向扩散

第九章 吸收（12学时）

1．基本内容和要求：

1.气体在液体中的溶解度、亨利定律 2.双膜模型及传质速率方程 3.低浓度气体填料吸收塔计算； 4.高浓度气体填料吸收塔计算 5.传质单元高度和传质单元数的计算 6.解吸。

2．教学重点及难点：

1.费克定律

2.等摩尔反向扩散和单向扩散 3.吸收与解吸的物料衡算 4.操作线方程

5.传质推动力及其图示方法

6.吸收塔和解吸塔的设计型与操作型问题的定量计算 7.吸收塔和解吸塔操作型问题定性分析

第十章 蒸馏（10学时）1．基本内容和要求：

1.二元物系的汽液平衡； 2.简单蒸馏

3.平衡蒸馏和平衡级概念； 4.精馏原理 5.理论板概念

6.理论板数的图解法和逐板计算法 7.塔板效率 8.等板高度；

9.回流比的影响及其选择 10.水蒸气蒸馏，间歇蒸馏。

2．教学重点及难点：

1.二元理想溶液汽液相平衡关系及图示 2.精馏过程物料衡算 3.操作线方程 4.q线方程

5.最小回流比的计算

6.回流比、进料状况等参数对精馏过程的影响 7.理论塔板数计算 8.精馏操作型问题定性分析

第十一章 气液传质设备（2学时）1．基本内容和要求：

1.常用板式塔介绍

2.筛板塔水力学性能及设备结构的工艺尺寸设计方法，板效率

3.填料塔，常用填料及其性能

4.填料塔水力学性能。

2．教学重点及难点：

1.板式塔水力学性能 2.塔板结构尺寸的常规设计

3.塔板结构尺寸的新设计方法（负荷性能图法）4.负荷性能图的绘制。

第十二章 萃取（2学时）1．基本内容和要求：

1.三角形相图及在单级萃取中的应用；

2.单级萃取流程和计算

3.萃取设备。

2．教学重点及难点：

1.三角形相图、物料衡算与杠杆定律 2.部分互溶物系的相平衡、分配系数与选择性系数

3.单级萃取，多级错流、多级逆流萃取的物料衡算与平衡关系。

第十三章 干燥（10学时）1．基本内容和要求：

1.空气的性质及湿度图

2.干燥器的物料衡算及热量衡算

3.湿分在气~固两相间的平衡，气~固或气~液两相间的热、质传递 4.恒定干燥条件下的干燥速度和干燥时间的计算，5.常用干燥设备。

2．教学重点及难点：

1.湿空气的性质与计算 2.干燥过程物料衡算

3.热量衡算；恒定干燥条件下干燥速率与干燥时间的计算 4.提高干燥器热效率的措施 5.常用干燥器的结构与原理

第十四章 其它传质分离过程（2学时）1．基本内容和要求：

1.超临界流体萃取 2.吸附 3.膜分离

2．教学重点及难点：

1.超临界流体萃取 2.膜分离 说明：

（1）课堂教学包括自学、讨论课、习题课和各种形象教学(电教、实验室和工厂参观)等提倡灵活多样的、理论联系实际的教学方法。

（2）本课程的课内外学时比例为1：1.5－1：2

三、实践教学内容与要求

Ⅰ.实验教学 1．实验教学内容

1、具体内容：

必做实验六个：

实验一 流体流动阻力的测定(4学时)实验任务：

1.测定水在不同流速下通过直管的阻力损失，标绘摩擦因数——雷诺数的关系曲线，并绘制出“公认”的关系曲线以作比较。2.测定闸阀的局部阻力，确定该管件的阻力系数。

实验二 液体流量计校正(3学时)实验任务：

测定孔板式流量计及涡轮式流量计的流量系数及仪表常数

实验三 离心泵性能曲线测定(3学时)实验任务：

测定并绘制离心泵的特性曲线

实验四 流体阻力与离心泵联合实验(10学时)实验任务：

1.测定直管摩擦阻力系数；

2.测定阀门的局部阻力系数；

3.测量离心泵在恒定转数下的特性曲线，并确定其最佳工作范围。

（说明：实验四含盖实验一、二、三的内容，选做实验四或选做实验一、二、三的内容均可，其它实验为必做实验。）

实验五 套管换热器传热实验(4学时)实验任务：

1.测定空气与水蒸汽经套管换热器间壁传热时的总传热系数。2.测定空气在圆形光滑管中作湍流流动时的对流传热准数关联式。3.测定空气在螺旋管中作湍流流动时的对流传热准数关联式。

实验六 筛板精馏塔性能实验(5学时)实验任务：

1.熟悉连续精馏装置的基本流程及操作方法。

2.测定筛板精馏塔在一定操作条件下的全塔效率和个别塔板的板效率。实验七 干燥速率曲线测定(4学时)实验任务：

1.测定物料在恒定干燥条件下的干燥曲线并将其转换成干燥速率曲线。2.确定物料的临界含水量和平衡水分。

演示实验2个：

演示实验

（一）(2学时)实验内容：包括雷诺实验装置、边界层仪演示实验、旋风分离器、过滤常数测定

演示实验

（二）(3学时)实验内容：筛板塔实验装置、填料吸收实验、板式塔水力学实验装置.2．教学目的

通过实验教学学生应能巩固和加深对课堂教学内容的理解，并能得到化工实验技能的基本训练。

3．教学要求：

进行每一个实验应包含如下四个环节：

实验预习——理解实验原理，确定实验方案，写出预习报告；

实验操作——掌握有关测量仪表的使用方法并了解其安装注意事项，操作参数的调节与稳定，实验现象的观察与分析，正确读取实验数据；

数据处理——实验数据的整理和计算，实验结果的图示或关联；

实验报告——实验原理，流程简图，操作要点，数据图表（附计算示例），主要结论，实验结果的分析讨论。

II、课程设计

课程设计是综合应用本门课程和有关先修课程所学知识,完成以单元操作为主的一次设计实践。通过课程设计使学生掌握化工设计的基本程序和方法，并在查阅技术资料，选用公式和数据，用简洁文字、图表表达设计结果及制图能力等方面得到一次基本训练。在设计过程中应培养学生树立正确的设计思想和实事求是、严肃负责的工作作风。其基本内容为：

（1）、设计方案简介：对给定或选定的工艺流程、主要设备的型式进行简要的论述，（2）、主要设备的工艺设计计算：物料衡算，工艺参数的选定，设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算，（3）、辅助设备的选型：典型辅助设备主要工艺尺寸的计算。设备规格型号的选定；

（4）、工艺流程图:以单线图的形式绘制，标出主体设备与辅助设备的物料方向、物流量、能流、主要测量点；

（5）、主要设备的工艺条件图:图面应包括设备的主要工艺尺寸。技术特性表和接管表;（6）、设计说明书内容:设计任务书;目录；设计方案简介,工艺计算及主要设备设计;辅助设备的计算和选型;设计结果汇总；设计评述;参考资料。

课程设计时间为两周。

设计题目在传热、蒸发、吸收、精馏和干燥等单元操作中选题。

设计任务书对设计范围要明确，控制设计计算量和绘图量各占一周，每周按课内学时18-20学时计，以此控制对设计范围的要求。