途郑州大学 过程装备与控制工程专业 《过程装备与控制工程专业实验》 课程教学大纲 大纲制订人：刘利平 大纲审定人：靳遵龙 修订日期：2020/7/1
郑州大学 过程装备与控制工程专业 《过程装备与控制工程专业实验》 课程教学大纲 大纲制订人：刘利平 大纲审定人：靳遵龙 修订日期：2020/7/1
《过程装备与控制工程专业实验》课程教学大纲 课程编号：01515 课程名称（中/英文）：过程装备与控制工程专业实验/Professional Experiment of Process Equipment and Control Engineering 课程类型：专业实践课 总学时：36 讲课学时 实验学时：36 学分：1.5 适用对象：过程装备与控制工程专业 先修课程：过程设备设计、过程流体机械、过程设备制造工艺、测试技术等 后续课程：毕业设计 开课单位：机械与动力工程学院 一、课程性质和教学目标 本课程是过程装备与控制工程本科专业的一门必修专业综合实验课程。实验内容主要结 合压力容器、化工设备、过程机器及过程控制等专业核心课程开设的典型实验项目。如内压 薄壁容器应力测定、厚壁容器操破实验、外压薄壁容器稳定性实验、管壳式换热器流体力学 及传热性能实验、活塞式空气压缩机性能测定、化工机械故障诊断、无损探伤检测、金属材 料组织观察、恒压力控制及液位对象特征参数测定等。本课程的教学目的旨在提高学生的专 业知识和基本实验技能，从而提高学生的专业实践及专业创新能力。 本课程的教学目标为： (1)使学生能够应用讨得设各与控制专业理论及扩展知识，对过得工业装各复杂工程 问题，提出实验目的和技术指标，设计可行的实验方案和实验模型，对压力容器进行强度、 对过程设备进行性能等测试： (2)学生能搭建实验装置，或选用并分析己建实验方案所采用实验原理、模型方法及 标准等，掌握正确的实验方法和技能，安全有效地开展专业实验： (3)学生能够将理论知识与实验实践紧密结合，应用所学的专业知识进行实践应用， 能正确采集、整理实验数据，对实验结果进行充分分析和讨论，得到合理有效的实验结论 综合培养工程实践与科技创新能力。 本课程的教学目标与毕业要求的对应关系 课程教学目标 1)2)3) 毕业要求指标点 43能正确采集、整理实验数据，对实验结果进行关联，建模、分析和 解释，获取合理有效的结论。 二、教学的基本要求 过程装备与控制工程专业实验，是重要的专业实践课程。在有限实验条件下开展专业教
《过程装备与控制工程专业实验》课程教学大纲 课程编号：015153 课程名称（中／英文）： 过程装备与控制工程专业实验 / Professional Experiment of Process Equipment and Control Engineering 课程类型： 专业实践课 总 学 时： 36 讲课学时： 实验学时：36 学 分： 1.5 适用对象：过程装备与控制工程专业 先修课程：过程设备设计、过程流体机械、过程设备制造工艺、测试技术等 后续课程：毕业设计 开课单位：机械与动力工程学院 一、课程性质和教学目标 本课程是过程装备与控制工程本科专业的一门必修专业综合实验课程。实验内容主要结 合压力容器、化工设备、过程机器及过程控制等专业核心课程开设的典型实验项目。如内压 薄壁容器应力测定、厚壁容器爆破实验、外压薄壁容器稳定性实验、管壳式换热器流体力学 及传热性能实验、活塞式空气压缩机性能测定、化工机械故障诊断、无损探伤检测、金属材 料组织观察、恒压力控制及液位对象特征参数测定等。本课程的教学目的旨在提高学生的专 业知识和基本实验技能，从而提高学生的专业实践及专业创新能力。 本课程的教学目标为： （1）使学生能够应用过程设备与控制专业理论及扩展知识，对过程工业装备复杂工程 问题，提出实验目的和技术指标，设计可行的实验方案和实验模型，对压力容器进行强度、 对过程设备进行性能等测试； （2）学生能搭建实验装置，或选用并分析已建实验方案所采用实验原理、模型方法及 标准等，掌握正确的实验方法和技能，安全有效地开展专业实验； （3）学生能够将理论知识与实验实践紧密结合，应用所学的专业知识进行实践应用， 能正确采集、整理实验数据，对实验结果进行充分分析和讨论，得到合理有效的实验结论， 综合培养工程实践与科技创新能力。 本课程的教学目标与毕业要求的对应关系 课程教学目标 毕业要求指标点 (1) (2) (3) 4-3 能正确采集、整理实验数据，对实验结果进行关联，建模、分析和 解释，获取合理有效的结论。 √ √ √ 二、教学的基本要求 过程装备与控制工程专业实验，是重要的专业实践课程。在有限实验条件下开展专业教
学实验，强调理论与实践相结合，强调专业工程实践及应用，重视实验报告耀写质量，重视 学生实践能力及科技创新能力的培养。在教学过程中，除要求学生掌握现有实验装置技术外， 还尽量讲行内容拓展，让学生了解一些相关新技术发展。 实验时，要求学生按要求准时到实验室，穿实验服，签考勤表及阅读后签实验室安全告 知书。在实验环节，规范操作，认真记录等：实验后，认真撰写实验报告，按照统一的报告 格式。通过专业化实验训练，培养学生的综合专业实践技能和工程素养。 三、课堂教学内容及要求 实哈一 内压薄壁容器应力测定 要求： (1)掌握薄壁容器在内压作用下，容器壳体、封头的应力分布情况： (2)掌捉应力电测法的实验操作技能，包括应变片粘贴、灵敏系数和横向效应系数的 测定： (3)了解电阻应变仪等仪器的工作原理、使用方法： (4)验证薄壁容器应力计算的理论公式，掌握内压薄壁容器应力测量方法 实验二厚壁圆筒爆破测试实验/外压薄壁容器稳定性实验（仁选一） (选一)厚壁圆筒爆破测试实验 要求： (1)测定圆筒塑性变形开始和结束时的压力值： (2)测定圆筒破坏时的爆破压力，并验证各种理论公式： (3)了解过程装备控制专业数据自动采集和测量原理 (选二)外压薄壁容器稳定性实验 要求： (1)定薄壁短圆筒在外压作用下发生失稳时的临界压力及失稳后的波纹数，并与公式 计算值进行比较： (2)观察薄壁圆筒在外压作用下的失稳现象： (3)加深理解外压容器稳定性设计的基本理论与方法 实验三金相显微镜的使用和金属材料组织观赛 要求： (1)掌握金相显微镜的使用方法： (2)了解金相试样的制备及腐蚀方法： (3)观察和分析各种典型金属材料的平衡组织，并分析材料成分组织与材料性能的关 系： (4)观察自制试样的组织特征，并分析其性能 实验四无损检测一超声波探伤实验 要求： (1)了解超声波探伤仪的性能和探头组合的探测性能： (2)掌握普通超声波探伤仪的使用方法，并能对缺陷进行较为准确的定位、定量和定 性分析：
学实验，强调理论与实践相结合，强调专业工程实践及应用，重视实验报告撰写质量，重视 学生实践能力及科技创新能力的培养。在教学过程中，除要求学生掌握现有实验装置技术外， 还尽量进行内容拓展，让学生了解一些相关新技术发展。 实验时，要求学生按要求准时到实验室，穿实验服，签考勤表及阅读后签实验室安全告 知书。在实验环节，规范操作，认真记录等；实验后，认真撰写实验报告，按照统一的报告 格式。通过专业化实验训练，培养学生的综合专业实践技能和工程素养。 三、课堂教学内容及要求 实验一 内压薄壁容器应力测定 要求： （1） 掌握薄壁容器在内压作用下，容器壳体、封头的应力分布情况； （2） 掌握应力电测法的实验操作技能，包括应变片粘贴、灵敏系数和横向效应系数的 测定； （3） 了解电阻应变仪等仪器的工作原理、使用方法； （4） 验证薄壁容器应力计算的理论公式, 掌握内压薄壁容器应力测量方法。 实验二 厚壁圆筒爆破测试实验/外压薄壁容器稳定性实验(二选一) (选一)厚壁圆筒爆破测试实验 要求： （1） 测定圆筒塑性变形开始和结束时的压力值； （2） 测定圆筒破坏时的爆破压力，并验证各种理论公式； （3） 了解过程装备控制专业数据自动采集和测量原理。 (选二)外压薄壁容器稳定性实验 要求： （1） 定薄壁短圆筒在外压作用下发生失稳时的临界压力及失稳后的波纹数，并与公式 计算值进行比较； （2） 观察薄壁圆筒在外压作用下的失稳现象； （3） 加深理解外压容器稳定性设计的基本理论与方法。 实验三 金相显微镜的使用和金属材料组织观察 要求： （1） 掌握金相显微镜的使用方法； （2） 了解金相试样的制备及腐蚀方法； （3） 观察和分析各种典型金属材料的平衡组织，并分析材料成分组织与材料性能的关 系； （4） 观察自制试样的组织特征，并分析其性能。 实验四 无损检测——超声波探伤实验 要求： （1） 了解超声波探伤仪的性能和探头组合的探测性能； （2） 掌握普通超声波探伤仪的使用方法，并能对缺陷进行较为准确的定位、定量和定 性分析；
(3)了解数字式超声波探伤的基本使用方法，并能对缺陷进行检测： (4)此外，了解其他无损探伤（磁粉探伤和着色探伤）的检测方法 实验五化工机械故障诊断—转子振动、振型分析与临界转速测定 要求： (1) 掌握常用运转机械设备故障常用诊断方法 (2)测定转子的振动波形（波形图、频谱图、轴心轨迹图）、对转子振型测定分析： (3)测定转子过临界转速时，转子振动振幅及相位变化： (4)了解转子结构形式对临界转速的影响。 实验六空气压缩机性能测定实验 要求： (1)改变储气罐出口阀的开度，测定在不同压力比下的排气量Q、轴功率N。、计算 出相应压力比下的绝热效率n: (2)根据实验数据及计算结果，绘制压缩机的综合性能曲线： (3)对压缩机的运行工况进行分析和讨论： (4)绘制压缩机的示功图。 实验七过程装置综合系统恒压力控制实验 要求： (1)了解过程装备与控制综合系统的结构、功能原理及使用方法： (2)测定离心泵恒压力控制系统在阶跃干扰作用下，离心泵出口压力的过渡过程， 利用最大偏差、余差、衰减比、振荡周期和过渡时间等参数评价离心泵恒压力控制系统的控 制质量： (3)掌握比例度P、积分时间I参数在压力控制系统中的作用和对衬游过程品历指标 的影响。 (4)了解过程装置综合系统上恒流量控制的原理和实验方法。 实验八换热器管程和壳程压力降测定/管壳式换热器流体传热系数测定（仁选一） (洗一)换热器管程和壳程压力降测定 要求： (1)掌握多功能管壳式换热器综合实验装置的流程结构和功能原理： (2)测量不同流速状态下换热器管程和壳程的流体压力损失： (3)分析压力损失和流速之间的关系： (4)了解管壳式换热器流体传热系数测定方法及对设备性能进行分析。 (选二)管壳式换热器流体传热系数测定 要求： (1)了解换热器踪合实验装置系统的组成及换热实验内容、原理和方法： (2)测定换热器的总传热系数： (3)分析流速与压力损失之间的关系： (4)掌握管壳式换热器流体传热系数的计算方法，并与实验结果进行对比
（3） 了解数字式超声波探伤的基本使用方法，并能对缺陷进行检测； （4） 此外，了解其他无损探伤（磁粉探伤和着色探伤）的检测方法。 实验五 化工机械故障诊断——转子振动、振型分析与临界转速测定 要求： （1） 掌握常用运转机械设备故障常用诊断方法； （2） 测定转子的振动波形(波形图、频谱图、轴心轨迹图)、对转子振型测定分析； （3） 测定转子过临界转速时，转子振动振幅及相位变化； （4） 了解转子结构形式对临界转速的影响。 实验六 空气压缩机性能测定实验 要求： （1） 改变储气罐出口阀的开度，测定在不同压力比下的排气量 Q0、轴功率 Ne、计算 出相应压力比下的绝热效率 ηad； （2） 根据实验数据及计算结果，绘制压缩机的综合性能曲线； （3） 对压缩机的运行工况进行分析和讨论； （4） 绘制压缩机的示功图。 实验七 过程装置综合系统恒压力控制实验 要求： （1） 了解过程装备与控制综合系统的结构、功能原理及使用方法； （2） 测定离心泵恒压力控制系统在阶跃干扰作用下，离心泵出口压力的过渡过程， 利用最大偏差、余差、衰减比、振荡周期和过渡时间等参数评价离心泵恒压力控制系统的控 制质量； （3） 掌握比例度 P、积分时间 I 参数在压力控制系统中的作用和对过渡过程品质指标 的影响。 （4） 了解过程装置综合系统上恒流量控制的原理和实验方法。 实验八 换热器管程和壳程压力降测定/管壳式换热器流体传热系数测定 (二选一) (选一)换热器管程和壳程压力降测定 要求： （1） 掌握多功能管壳式换热器综合实验装置的流程结构和功能原理； （2） 测量不同流速状态下换热器管程和壳程的流体压力损失； （3） 分析压力损失和流速之间的关系； （4） 了解管壳式换热器流体传热系数测定方法及对设备性能进行分析。 (选二)管壳式换热器流体传热系数测定 要求： （1） 了解换热器综合实验装置系统的组成及换热实验内容、原理和方法； （2） 测定换热器的总传热系数； （3） 分析流速与压力损失之间的关系； （4） 掌握管壳式换热器流体传热系数的计算方法，并与实验结果进行对比
四、课堂教学学时分配及对应教学目标 序号 教学内容 学时教学方式对应教学目标 绪论 0 课程的任务性质、目标、要求及 (1-2) 讲授 (1) 安全注煮事项。 实验一 1 (1)、(2)、(3) 内压薄壁容器应力测定 实验 实验二 厚壁圆筒爆破测试实验/外压薄 4 实验 (1)、(2)、(3) 壁容器稳定性实验（仁选一） 实验三 3 金相显微镜的使用和金属材料 实验 (1)、(2)、(3) 组织观察 实验四 无损检测一一超声波探伤实验 5 实验 1)、(2)、(3) 实验五 化工机械故障诊断 一转子振 实验 (1)、(2)、(3) 动、振型分析与临界转速测定 实验六 空气压缩机性能测定实验 头验 (1)、(2)、(3) 实验七 过程装置综合系统恒压力控制 4 实验 (1)、(2)、3) 实验 实验八 换热器管程和壳程压力降测定/ 5 管壳式换热器流体传热系数测 实验 (1)、(2)、(3) 定（二选一） 五、课程教学思想、教学方法、教学手段 过程装备与控制工程专业实验，是重要的专业实践课程。在有限实验条件下开展专业教 学实哈，强调理论与实践相结合，强调专业工程实践及应用，重视实哈报告耀写质量，重视 学生实践能力及科技创新能力的培养。在教学过程中，除要求学生掌握现有实验装置技术外， 还尽量进行内容拓展，让学生了解一些相关新技术发展。 六、考核及成绩评定方式 考核方式：考察
四、课堂教学学时分配及对应教学目标 序号 教学内容 学时 教学方式 对应教学目标 0 绪论 课程的任务性质、目标、要求及 安全注意事项。 (1-2) 讲授 (1) 1 实验一 内压薄壁容器应力测定 5 实验 (1)、(2)、(3) 2 实验二 厚壁圆筒爆破测试实验/外压薄 壁容器稳定性实验(二选一) 4 实验 (1)、(2)、(3) 3 实验三 金相显微镜的使用和金属材料 组织观察 4 实验 (1)、(2)、(3) 4 实验四 无损检测——超声波探伤实验 5 实验 (1)、(2)、(3) 5 实验五 化工机械故障诊断——转子振 动、振型分析与临界转速测定 4 实验 (1)、(2)、(3) 6 实验六 空气压缩机性能测定实验 5 实验 (1)、(2)、(3) 7 实验七 过程装置综合系统恒压力控制 实验 4 实验 (1)、(2)、(3) 8 实验八 换热器管程和壳程压力降测定/ 管壳式换热器流体传热系数测 定 (二选一) 5 实验 (1)、(2)、(3) 五、课程教学思想、教学方法、教学手段 过程装备与控制工程专业实验，是重要的专业实践课程。在有限实验条件下开展专业教 学实验，强调理论与实践相结合，强调专业工程实践及应用，重视实验报告撰写质量，重视 学生实践能力及科技创新能力的培养。在教学过程中，除要求学生掌握现有实验装置技术外， 还尽量进行内容拓展，让学生了解一些相关新技术发展。 六、考核及成绩评定方式 考核方式： 考察
成绩构成：(1)平时成绩。由考勒、实验操作规范性及现场实验结果等组成，占课程 成绩0~30%：(2)实验报告成绩。根据实验报告的内容完整性、撰写规范性及实验数据 质量效果来评定，占课程成绩的70一100%。 成绩评定：由平时成绩与实验报告质量两部分综合评定。平时成绩为基础和首要：有 时实验报告上所定成绩，己综合了平时成绩。 七、教材和参考书目 教材：《过程装各与控制工程专业实验指导书》讲义，刘利平编，2019年。 参考书：1.《过程装备与控制工程专业实验》，朱振华、姜吉光主编，北京理工大学出 版社，2012年。 2.《过程装备与控制工程专业实验教程》，戴凌汉、金广林、钱才富编著，化 学工业出版社，2012年。 3.《过程装备与控制工程专业实验》，宋树波、邵洋波、张建伟主编，化学 业出版社，2005年。 4.《化工机械专业实验》，贾高顺编，化学工业出版社，1989年 八、说明 ()本教学大纲所列实验项目，为过控专业实验的一些基本及核心实验项目。大纲中还 列出了一些备选项目，备选项目也是实验课程要了解的内容：(2)随者学科发展及行业发展 要求，需要不惭更新实验装置及水平，更新补充新实验内容及相应的实验指导教材，以适应 形势发展的要求：（③）由于多项实验项目装置为单套，各设备完好状况不同，因此，在考虑 专业知识逻辑关系的基础上，并结合实验空间合理利用情况，制定合适的实验计划。 大纲制订人：刘利平 大纲审定人：新遵龙 制订日期：2017/6/17 修订日期：2020/7/1
成绩构成：（1）平时成绩。由考勤、实验操作规范性及现场实验结果等组成，占课程 成绩 0～30 %；（2）实验报告成绩。根据实验报告的内容完整性、撰写规范性及实验数据 质量效果来评定，占课程成绩的 70～100%。 成绩评定： 由平时成绩与实验报告质量两部分综合评定。平时成绩为基础和首要；有 时实验报告上所定成绩，已综合了平时成绩。 七、教材和参考书目 教 材：《过程装备与控制工程专业实验指导书》讲义，刘利平编，2019 年。 参考书：1.《过程装备与控制工程专业实验》，朱振华、姜吉光主编，北京理工大学出 版社，2012 年。 2.《过程装备与控制工程专业实验教程》，戴凌汉、金广林、钱才富编著，化 学工业出版社，2012 年。 3.《过程装备与控制工程专业实验》，宋树波、邵泽波、张建伟主编，化学工 业出版社，2005 年。 4.《化工机械专业实验》，贾高顺编，化学工业出版社，1989 年。 八、说明 (1) 本教学大纲所列实验项目，为过控专业实验的一些基本及核心实验项目。大纲中还 列出了一些备选项目，备选项目也是实验课程要了解的内容；(2) 随着学科发展及行业发展 要求，需要不断更新实验装置及水平，更新补充新实验内容及相应的实验指导教材，以适应 形势发展的要求；(3) 由于多项实验项目装置为单套，各设备完好状况不同，因此，在考虑 专业知识逻辑关系的基础上，并结合实验空间合理利用情况，制定合适的实验计划。 大纲制订人：刘利平 大纲审定人：靳遵龙 制订日期：2017/6/17 修订日期：2020/7/1