冶金传输原理实验报告(传热学)
传热学实验报告
传热学实验报告传热学实验报告摘要：本实验通过研究传热学的基本原理和实验方法，探究了不同材料的导热性能和热传导规律。
通过实验数据的分析和处理，得出了一系列结论，对于进一步研究传热学提供了重要的参考。
引言：传热学作为热力学的一个重要分支，研究了热能在物质之间传递的规律和过程。
在工程领域中，传热学的应用非常广泛，例如热交换器、散热器等设备的设计和优化都需要依靠传热学的理论和实验研究。
本实验旨在通过实验手段，深入了解传热学的基本原理和实验方法，并通过实验数据的分析和处理，得出一些有价值的结论。
实验方法：1. 实验仪器和材料的准备本实验所需的仪器包括导热仪、温度计等，实验材料包括不同导热性能的物体，如金属、塑料等。
2. 实验步骤(1) 将不同材料的样品放置在导热仪的传热面上，并确保与传热面接触良好。
(2) 打开导热仪，记录下初始温度。
(3) 记录下不同时间间隔内的温度变化，并计算出相应的传热速率。
(4) 将实验数据整理并进行分析。
实验结果与讨论：通过实验数据的分析，我们得出了以下几个结论：1. 不同材料的导热性能存在明显差异。
在实验中，我们发现金属材料的导热性能要远远高于塑料等非金属材料。
这是因为金属材料中的自由电子能够在材料内部快速传递热能，而非金属材料中的分子结构则限制了热能的传导速度。
2. 传热速率与温度差成正比。
根据实验数据的分析，我们发现传热速率与传热面和环境之间的温度差成正比。
这是因为温度差越大，热能的传递速度越快。
3. 传热速率与传热面积成正比。
我们还观察到传热速率与传热面积成正比的规律。
这是因为传热面积越大，热能的传递面积也就越大，传热速率也就越快。
结论：通过本次实验，我们深入了解了传热学的基本原理和实验方法。
通过实验数据的分析和处理，我们得出了一系列结论，对于进一步研究传热学提供了重要的参考。
在实际应用中，我们应根据不同的工程需求，选择合适的材料和设计合理的传热面积，以提高传热效率和节约能源。
冶金传输原理传热学-第一章
（9） 两黑体表面间的辐射换热
A (T14 T24 )
T1
T2
4 T1
图1－7
T24
q12 (T14 T24 )
两黑体表面间的辐射换热
例
•
题
1-2
一根水平放置的蒸汽管道， 其保温层外径d=583 mm，外表面实测平
均温度及空气温度分别为
外表面的发射率
定律有：
t
t w1
q dx
0
tw 2
tw1
dt q
tw1 tw2
dx
dt (q ) dx
Q
tw2
dt
t w1
q
t w2
0
x
q
t w1 t w 2
t r t R
t
t w1
dt
dx
Q Φ
t w1 t w 2
A
关于几个问题的讨论
1、传输现象的本质是什么？ 2、冶金过程中的传输现象？ 3、动量传输与热量传输有联系吗？ 4、你对热量传输的直观认识如何？
第一章 绪 论
§1-0 概 述
1. 传热学（Heat Transfer）
(1) 研究热量传递规律的科学，具体来讲主要有热量传递 的机理、规律、计算和测试方法
稳态过程通过串联环节的热 流量相同。
3 、传热过程的计算
针对稳态的传热过程，即 Φ=const 传热环节有三种情况，则其热流量的表达式 如下：
Ah1 t f 1 t w 1 A
材料加工冶金传输原理自然对流传热的计算
材料加工冶金传输原理自然对流传热的计算（最新版）目录一、材料加工冶金传输原理1.动量传输2.热量传输3.质量传输二、自然对流传热的计算1.自然对流空气冷却式冷凝器的传热计算2.强制通风空气冷却式冷凝器的传热计算三、应用实例1.材料加工中的应用2.冶金工程中的应用正文一、材料加工冶金传输原理在材料加工和冶金工程中，动量、热量和质量的传输是非常重要的过程。
动量传输指的是流体流动过程中，动量在流体中的传递和分布。
热量传输则是指热量在流体中的传递和分布，通过传热过程，可以实现流体温度的变化和热量的传递。
质量传输是指在流体中，质量的传递和分布，可以实现流体组成和浓度的变化。
动量、热量和质量的传输过程是相互关联的，它们在材料加工和冶金工程中起着重要的作用。
例如，在钢铁冶炼过程中，需要通过热量传输实现钢铁的熔化和凝固，同时需要通过动量传输和质量传输实现钢铁成分的均匀分布和调控。
二、自然对流传热的计算自然对流传热是一种常见的传热方式，它主要依赖于流体的自然对流和湍流。
在自然对流传热中，流体的温度差会导致流体的密度差，从而产生自然对流。
自然对流传热在空气冷却式冷凝器、散热器等设备中有着广泛的应用。
对于自然对流空气冷却式冷凝器的传热计算，可以采用一种比较简单的近似传热计算方法。
这种方法主要考虑了流体的自然对流和湍流，可以较为准确地预测冷凝器的传热效果。
强制通风空气冷却式冷凝器的传热计算则需要考虑流体的强制通风和湍流。
通过传热计算，可以优化冷凝器的结构和设计，提高冷凝器的传热效率。
三、应用实例材料加工和冶金工程中的动量、热量和质量传输原理，在实际应用中具有广泛的应用。
例如，在钢铁冶炼过程中，通过控制流体的动量、热量和质量传输，可以实现钢铁的熔化、凝固和成分调控。
在铝合金铸造过程中，通过控制流体的动量、热量和质量传输，可以实现铝合金的熔化、凝固和组织调控。
自然对流传热在空气冷却式冷凝器和散热器等设备中的应用，可以提高设备的传热效率，降低设备的能耗。
材料冶金传输原理
动量传输：在垂直于流体实际流动的方向上，动量由高速度区向低速度区的转移；热量传输：热量由高温度区向低温度区的转移；质量传输：物系中一个或几个组分由高浓度区向低浓度区的转移；产生的原因：系统内部分别存在速度、温度和浓度梯度。
研究的方法：理论分析、数值计算、实验总结。
连续介质模型的目的：将反映宏观流体的各种物理量视为空间坐标的连续函数，可引用连续函数的解析方法来研究流体处于平衡和运动状态下的各物理参数间的数量关系。
流体的粘性：两相邻流体层发生相对运动时，在其接触面上存在一对等值反向的作用力，即快层对慢层的拖动力和慢层对快层的阻力（内摩檫力），流体的这种性质称流体的粘性。
流体及其特性（指液体与气体的共性和区别）；能够自由流动的物体，统称流体，如液体和气体。
共同特征：1.分子间的引力较小2.只能承受压力，不能承受拉力和切力；3.对缓慢变形不显示阻力，因此不存在静摩檫力。
区别：液体：具有一定的体积；有自由表面；不可压缩气体：体积不定；无自由表面；可以压缩粘性及其影响因素（温度、压力分别对液体、气体的影响）。
温度：液体：随温度的升高，粘度下降；气体：随温度的升高，粘度上升；压力：都升高质量力与表面力：1.作用于流体的质点或微元体的质量中心上,且与质量成正比的力。
2.作用于流体或分离体的表面上，且与表面积成正比的力。
静压力及其特性：总是沿作用面的内法线方向；大小与方位无关；等压面及其特性：静止流体中压力相等的各点组成的面（平面或曲面）。
（1）作用于静止流体中的任意一点的质量力必然垂直于通过该点的等压面；(2)两种流体处于平衡状态（静止）时，其相互接触且互不相混的流体的分界面必然是等压面；(3)流体只受重力作用时，等压面为平面；当有其它质量力存在时，等压面才可能是曲面。
绝压、表压、真空度：总压力:解决平面、曲面上液体压力问题；（压力体概念）流场、流线与迹线、稳定流与非稳定流：流场：充满运动流体的“空间”。
迹线：流场中流体质点在一段时间内运动的轨迹、流线：流场中流体质点的速度向量所构成的连线。
冶金传输原理
第二节
一维稳态导热
稳态导热是指热传导物体内温度场不随时间变化的导热过程。 一维稳态导热即温度仅沿一个方向发生变化。 常见的一维稳态导热有大平板、长圆筒、球壁等几何形状规则物 体的导热问题。 解决方法： 傅里叶导热定律 导热微分方程 直接积分法
•平壁导热 1.单层平壁导热 由傅里叶定律：
温度梯度
温度场中任意一点沿等温面法线方向的温度增加率称为该点的温度梯度。
T n
稳态传热和非稳态传热 稳态温度场下发生的传热过程称为稳态传热。
特点：以导热为例，发生稳态传热时物体各处温度不随时间变化，物体不吸热， 也不放热，物体的热焓量不变，没有热量的蓄积，仅起到导热的作用，同时物体 的导热量为常数。
辐射
物体依靠电磁波的发射与吸收传递能量的过程称为辐射。 热辐射是由热引起的物体内部的分子、原子或离子振动或电子激动而发 射的辐射能，并以电磁波的形式向空间传播。 自然界中各物体不停地向空间发射热辐射，同时不断地吸收其他物体发 出的热辐射，这种发射与吸收的综合效果就构成了物体间的辐射传热。 当某一物体与周围环境达到热平衡时，辐射换热热量等于零，处于动 态平衡状态，但发射与吸收过程仍在进行。 特点：①不需要物体或质点的直接接触，可以在真空中传播； ②不仅发生能量转移，而且还伴有能量形式的转化，即发射时能 量转换为辐射能，而吸收时又将辐射能转化为热能。
n
•曲壁导热
1.圆筒壁导热
单层圆筒壁导热热量计算公式：
T1 T2 Q r2 1 ln 2L r1
多层圆筒壁导热热量计算公式：
T1 Tn 1 Q 1 n 1 ri 1 ln r 2L i 1 i i
材料加工冶金传输原理自然对流传热的计算
材料加工冶金传输原理自然对流传热的计算（原创实用版）目录一、材料加工冶金传输原理1.动量传输2.热量传输3.质量传输二、自然对流传热的计算1.自然对流空气冷却式冷凝器的传热计算2.强制通风空气冷却式冷凝器的传热计算正文一、材料加工冶金传输原理在材料加工和冶金工程中，流体流动、传热和传质过程是重要的环节，它们对整个工艺过程的产生和影响不容忽视。
为了更好地理解和掌握这些过程，我们需要从动量、热量和质量传输的角度进行深入研究。
1.动量传输动量传输是指流体在运动过程中，由于流速和压力的变化导致动量的传递。
在材料加工和冶金工程中，动量传输通常涉及到流体的输送和混合过程，以及流体与固体颗粒之间的作用力。
2.热量传输热量传输是指热量从高温区域向低温区域传递的过程。
在材料加工和冶金工程中，热量传输主要包括热传导、热对流和热辐射三种方式。
其中，热对流是指由于流体的流动导致热量的传递过程。
3.质量传输质量传输是指物质在流体中传递的过程。
在材料加工和冶金工程中，质量传输通常涉及到溶质、悬浮颗粒和气泡等在流体中的传递和分离过程。
二、自然对流传热的计算在制冷装置中，自然对流空气冷却式冷凝器和强制通风空气冷却式冷凝器是两种常见的传热设备。
下面分别介绍它们的传热计算方法。
1.自然对流空气冷却式冷凝器的传热计算自然对流空气冷却式冷凝器的传热计算通常采用牛顿冷却定律和热传导定律相结合的方法。
首先，需要确定冷凝器的热负荷和传热系数；其次，根据冷凝器的结构和材料，计算出冷凝器的热传导阻力和热容；最后，利用牛顿冷却定律计算出冷凝器的传热速率。
2.强制通风空气冷却式冷凝器的传热计算强制通风空气冷却式冷凝器的传热计算通常采用对流传热公式进行计算。
首先，需要确定冷凝器的热负荷和传热系数；其次，根据冷凝器的结构和材料，计算出冷凝器的对流换热系数；最后，利用对流传热公式计算出冷凝器的传热速率。
南昌大学冶金传输原理
流体：能够流动的物体，不能保持一定的形状，而且有流动性脉动现象：在足够的时间内，速度始终围绕一平均值变化，称为脉动现象水力粗糙管：管壁加速湍流，增加了流体流动阻力，这类管称为水力粗糙管牛顿流：符合牛顿粘性定律的流体湍流：液体流动时，各质点在不同方向上做复杂无规则运动，相互干扰的运动，流线：在同一瞬间，流场中连续不同位置质点的流动方向线流管：在流场内取任意封闭曲线，通过该曲线上每一点，作流线，组成的管状封闭曲面，称流管边界层：流体通过固体表面流动时，在紧靠固体表面形成速度梯度大的流体薄层称边界层非稳定流：如果流场的运动参数不仅随位置变化，又随时间不同而变化，这种流体就称为非稳定流稳定流：如果运动参数只随位置变化而与时间无关，这种流动就称为稳定流迹线：同一质点在不同时间的运动轨迹水头损失：单位质量（或单位体积）流体的能量损失，称为水头损失或压力损失沿程阻力：沿流动路程上各流体层之间的内摩擦而产生的流动阻力局部阻力：流体在流动中因局部障碍而产生的阻力称局部阻力脉动速度：脉动的真实速度与时均速度的差值时均化原则:在某一足够长时间段内以平均值的速度流经一微小有效断面积的流体体积，应该等于在同一时间段内以真实的有脉动的速度流经同一微小有效断面积的流体体积。
热传导：物体各部分之间不发生相对位移，依靠分子，原子及自由电子等微观粒子的热运动进行的热量传递称为热传导对流：流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺杂所引起的热量传递方式 热辐射：物体通过电磁波传递能量的方式称为辐射等温面：物体在同一瞬间相同温度各点连成的面称为等温面温度梯度：温度场中任意一点沿等温法线方向的温度增加率称为该点的温度梯度 热扩散率：热扩散率与热导率λ成正比，与物体的密度ρ和比热容c 成反比。
，表征了物体内热量传输的能力对流换热：流体流过固体表面时对流和导热联合起作用的方式黑体：吸收率为1的物体为绝对黑体灰体：物体的单色吸收率与波长无关，这种假想的物体称之为灰体辐射力的单位：物体向外界发射的辐射能量用辐射力表示角系数：表面一发射出的辐射能落到表面2的百分数称为表面1对表面二的角系数雷诺数：表示了惯性力和粘性力的比值流束：在流管内取一微小曲面dA,通过dA 上每一点作流线，这族流线叫做流束 二维稳态导热：稳态导热的温度分布将是两个空间坐标的函数，称为二维稳态导热吸收率：；；；普朗克定律：揭示了黑体辐射能量按波长的分布规律，即黑体单色辐射力(),b E f x T λ=的具体函数形式，根据量子理论导得的普朗克定律有如下数学表达式2511b C T C E e λλλ-=-斯蒂芬-波尔兹曼定律：在热辐射的分析计算中，确定黑体的辐射力是至关重要的，将普朗克定律式代入0d E E λλ∞=⋅⎰，积分的结果就得到著名的斯蒂芬-波尔兹曼定律4b b E T σ= 基尔霍夫定律：提示了物体的辐射力与吸收率之间的理论关系，任何物体的辐射力与它来自同温度黑体辐射的吸收率的比值，与物性无关而仅取决于温度，恒等于同温度下的黑体辐射力1212b E E E E ααα==⋯== 维恩位移定律：对应于单色辐射力的波长λm 与热力学温度T 之间存在着如下的关系；λm T =2.8976×10−3 m∙K,表达的波长λm 与温度成反比的规律，称为维恩位移定律投入辐射：单位时间内投射到表面单位面积上的总辐射能被称为投入辐射记为G 有效辐射：单位时间内离开表面单位面积的总辐射能为该表面的有效辐射记为J 角形系数：砂粒实际比表面积/球形砂粒理论比表面积之比流体具有哪些物理性质？压缩性，膨胀性，密度，粘度。
冶金传输原理实验指导书
实验1：雷诺实验一、实验目的1. 观察流体流动的各种形态。
2. 测定流体流动形态与雷诺数的关系。
3. 观察层流时管道断面流速分布。
二、实验原理流体的流动状态分为层流和湍流。
雷诺数Re udρμ=是判断其状态的基本依据。
流动状态转变时的雷诺数值称为临界雷诺数。
通常，将湍流转变为层流的雷诺数为2300，而层流转变为湍流的雷诺数为4000。
因此，当Re<2300时，流动呈层流。
当Re>4000时，流动呈湍流。
当2300<Re<4000时，流动形态可能使层流，也可能使湍流。
但即使是层流，也是不稳定的，稍有振动即变为湍流，对于圆管有压流动，当Re<2300时为层流，当Re>2300-4000时流动状态逐渐转变为湍流。
平均流速u 由体积流量和有效截面面积求出，其中流量V s 用体积法测出，即在t 时间内流入计量水箱中流体的体积V ，则：体积流量：s V V t=；有效截面面积：24πd A =；平均流速：s V u A=式中：A —管路的横截面积； d —管路直径； u —流速；μ—水的动力粘度。
三、实验装置 见图2。
四、实验步骤1. 准备工作：将水箱充水至经隔板溢流流出，将进水阀门关小，继续向水箱供水，以保持水位高度H 不变。
2. 缓慢开启阀门11，使玻璃管中水稳定流动，并开启墨盒阀门，使红色水以微小流速在玻璃管内流动，呈层流状态。
3. 调节阀门11使流量增大，直至有色流束在管内开始波动，呈现波浪状，但不与周围水流相混。
4. 继续增大流量，有色流束抖动剧烈并向周围扩散，开始与周围水掺混在一起，整个管内水流质点杂论无章，呈现出湍流状态。
5. 调节使流量逐渐变小，观察上述步骤2-4的相反过程。
6. 关闭墨盒阀门，待管内水流清澈后关闭阀门11，然后开启一下墨盒阀门，注入少量有色水使管内水流局部被染色。
再缓慢开启阀门11，让管内为层流流动。
图2 雷诺实验装置图1.水箱及潜水泵2.上水管3. 溢流管4. 电源5.整流栅6.溢流板7.墨盒8. 墨针9. 实验管11. 调节阀12. 计量水箱13. 回水管14实验桌五、实验报告1.实验目的、实验原理。
冶金技术中的传热学
• 当然，冶金工业中的传热问题远不止这些， 但足以看出冶金工业中的高温过程如此之多， 热交换往往是工艺的主导因素。而且，这些 热交换往往是工艺的主导因素。而且，这些 热交换问题大多是比较复杂，常伴有化学反 应、燃烧、流体流动及相变等过程的发生。
保温设备 保温均热 直接轧制 脱模 均热炉 初轧机
（1）
冶金工业中的传热问题
• 在钢铁冶金中，高炉是炼铁的重要设备，从传热学的角度看， 它是一个特别有效的逆流式换热器，故其热能利用率高达 85%~90%。在转炉中，热交换总是伴随着吹氧炼钢的强烈 化学反应和气液两相流动而进行。钢液即可浇铸成钢锭，经 均热炉和初轧而成初轧胚；也可通过连铸机而直接连到连铸 胚。尽管这两个工艺过程差别甚大，但钢水都要经历冷却固 化的换热和相变过程。连续加热炉是热轧前的加热设备，同 时它又可抽象成封闭的辐射体系。在其中有燃气和气体流动 发生。封闭体系的几何边界可分为两类，一是防止热量逸散 的维护结构，如炉墙和炉顶，二是被加热金属表面。炉膛换 热和金属导热是相互耦合的。轧制是型材生产的重要工序， 同时也是一个几何条件不断改变且有内热源（轧制中施予金 属的变形功)的传热学问题。
• 连续加热炉 • 连续加热炉的炉内换热以辐射为主，且与燃 气和气流体流动相耦合，其工艺特点又属于 典型的分布制度，即场的研究是很必要的。 • 辐射的数学模型起步较早，发展也较迅速。 常用的辐射模型有段法，流和蒙卡洛法。
计算传热学与现代控制理论
• 现代控制理论的基础是状态以及与状态有 关的一些概念和方法，如状态向量，状态 方程和空间分析法等。现代控制论的应用 本无行业的限制，然而在具体的应用，控 制理论和应用实体所属的科学之间在理论 上应建立起某种联系，但在建立这种联系 之前所存在的却是某空白或距离。这里指 出的是，对于某些问题，计算传热学是实 现这种联系的桥梁。
材料加工冶金传输原理自然对流传热的计算
材料加工冶金传输原理自然对流传热的计算摘要：一、引言二、材料加工冶金传输原理概述1.热传导2.热对流3.热辐射三、自然对流传热的计算方法1.基本公式2.影响因素3.计算实例四、应用与实践1.材料加工冶金行业中的传热问题2.节能减排与优化工艺五、结论正文：一、引言随着现代工业的快速发展，材料加工冶金行业对于传热技术的要求越来越高。
自然对流传热作为一种常见的传热方式，在材料加工冶金传输过程中具有广泛的应用。
本文将从传输原理、计算方法等方面对自然对流传热进行详细阐述，以期为相关领域提供理论指导。
二、材料加工冶金传输原理概述材料加工冶金传输过程中的热量传递主要包括三种方式：热传导、热对流和热辐射。
1.热传导：热量通过固体、液体和气体等导热介质传递的现象。
在材料加工冶金过程中，热传导主要发生在金属材料内部。
2.热对流：由于流体的宏观运动而引起的热量传递。
在自然对流传热中，流体可以是气体或液体。
3.热辐射：物体在高温下发射出的电磁波能量传递。
在材料加工冶金过程中，热辐射主要发生在高温火焰、炉体表面等部位。
三、自然对流传热的计算方法1.基本公式自然对流传热的计算公式为：Q = h * A * (T1 - T2)其中，Q表示热量，h表示对流传热系数，A表示传热面积，T1和T2分别表示高温和低温表面的温度。
2.影响因素自然对流传热的影响因素包括：流体性质、流速、传热表面形状、温度差等。
在计算时，需要根据实际情况综合考虑这些因素。
3.计算实例以某钢铁厂炼钢炉为例，已知炉内气体流速为2m/s，传热面积为10m，高温表面温度为1500℃，低温表面温度为100℃。
根据公式，计算得到对流传热系数h约为600W/(m·K)。
四、应用与实践1.材料加工冶金行业中的传热问题自然对流传热在材料加工冶金行业中的应用广泛，如炼钢、铸造、锻造等过程中，通过合理控制传热条件，可有效提高生产效率、降低能耗。
2.节能减排与优化工艺通过计算和分析自然对流传热，可以为节能减排和优化工艺提供依据。
冶金传输原理思想报告
冶金传输原理学习报告冶金传输原理是冶金工业类专业基础课程。
其特点是研究和分析冶金过程传输规律、机理和研究方法。
主要内容包括冶金过程中的动量传（流体流动行为）、热量传递和质量传递三大部分。
动量传递现象是自然界普遍存在的现象。
在化学工程中，动量传递理论不：仅运用与流体输送有关的单元操作过程中，而且他还是研究热量和质量传递的基础。
研究的主要对象是黏性流体的流动。
通过在传递过程中的总衡算以及微分衡算，建立动量传递的微分方程，并在特定的定解条件下求解，可以获得所描述体系的有关物理量随空间位臵和时间的逐点变化规律。
进而求出动量传递的速率。
这样，运用质量守恒定律进行微分质量衡算所得的方程称为连续性方程。
1.动量传递现象在流体流动的过程中，由于存在速度的梯度，所以会发生动量的传递。
主要是有两个部分组成：一是层流流动中的分子的不规则热运动引起的分子迁移过程；二是湍流流动中的微团脉动引起的涡流传递过程。
2.牛顿黏性定律流体具有流动性，没有固定形态，在外力以及分子的布朗运动的共同作用下，其内部会产生相对运动。
另一方面，流体还有一种内在的抗拒向前运动的特性，称之为黏性。
牛顿黏性定律可表示为： dydu x μτ-= 式中剪应力τ是作用在与y 方向相垂直的单位面积上的力，也表示y 方向的动量通量。
式中的负号表示动量通量的方向和速度梯度方向相反，即动量朝向速度降低的方向传递。
μ为流体的动力黏度，一般简称为黏度。
3.连续性方程连续性方程的推导采用欧拉观点。
在单组分等温流体系统（如水）或组成均匀的多组分混合物系统（如空气）中，运用质量守恒原理进行微分质量衡算，所得的方程为连续性方程。
质量守恒原理对索取的控制体 进行质量衡算，得：流出质量流率—流入质量流率+累积质量流率=0流入和流出微元控制体的质量流率可按x 、y 、z 3个方向进行考虑。
在x 方向上，流体经控制体的左侧面流入控制体的质量通量为图1 流体流动的动量传递现象x u ρ，则质量流率为dydz u x ρ；而由控制体右侧平面流出的质量通量则为dx x u u x x ∂ρ∂ρ)(+，故由右侧平面流出的质量流率为dydz dx x u u x x ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+∂ρ∂ρ)(。
冶金传输原理 热量传输
定义和特征 定义
指温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直接接触时, 不发生宏观
运动，仅依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递
现象。
6
热量传输概论
导热（热传导）
2. 热 量 传 输 的 基 本 方 式
定义和特征
特征
必须有温差
物体直接接触 不发生宏观的相对位移 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量
IPz ：单位时间从控制体下侧（Z方向）输入控制体的热量。
OP 项：单位时间输出控制体的热量
OPx ：单位时间从控制体右侧（X方向）输出控制体的热量：
Z
OPz
IPy
dz
IPx
OPy 0 dx IPz
OPx dy
X
IPx = qx dydz
Y
32
导
导热微分方程形式
热
Z
OPz
IPy dz
IPx
dy OPy 0 dx IPz
OPx
IPy ：单位时间从控制体后侧（Y方向） 输入控制体的热量。
X
IPy = qy dxdz IPz = qz dxdy
Y
10.1 导 热 基 本 概 念
热
热流量： 单位时间内通过某一给定面积F的热量. 用Q来表示，单位为W。
热流量是表现热量传输速率的一个物理量。
热通量：是指在单位时间内通过单位面积的热量, 亦称热流密度，用q表示单位为: W/㎡ 热流量与热通量的关系：Q= qF.
26
导
傅里叶定律
10.2 傅 里 叶 导 热 定 律
31
导
导热微分方程形式
热
能量衡算方程为：IP—OP + R = S 单位时间控制 体内能的变化
冶金传输原理报告 - 副本
管道中的流动和孔口流出--层流与紊流《冶金传输原理》分动量传输、热量传输和质量传输3篇，共14章，系统地介绍了三传的基本理论及三者的类似机理、相互关系；同时介绍了利用相似原理来处理试验数据和进行模型试验的方法。
并运用传输的基本知识分析复杂的冶金过程中各因素的影响机理，通过大量的例题说明三传的基本方程在实践问题中的应用。
通过学习三传定理基本了解了冶金传输的作用，在动量传输中的管道中的流动和孔口流出在很多领域都有很大的作用。
以下介绍管道中的流动和孔口流出的原理及在实际生产生活中的应用管道流动是工程常见的现象，比如：水在输水管道中的流动，油在输油管道中的流动，气体在输气管道中的流动。
管内的流动非常杂，主要问题是流动的阻力，在不同流态条件下，流动阻力相差很大，遵守不同的规律。
通过观察市场上的管道类型可以大概猜测其用途，每天我们喝饮料用的吸管有的为什么是光滑笔直的，有的则中间是波浪起伏的，还有为什么潜艇要做成水滴型等等问题，通过学习冶金传输原理就可以帮助我们解决这些疑问了。
首先从我们的吸管的不同形状推测其流体在其中的流动，流体有两种运动状态层流和紊流。
层流是流体的一种流动状态。
流体在管内流动时，其质点沿着与管轴平行的方向作平滑直线运动。
此种流动称为层流或滞流，亦有称为直线流动的。
流体的流速在管中心处最大，其近壁处最小。
管内流体的平均流速与最大流速之比等于0.5，根据雷诺实验，当雷诺准数Re<2320时，流体的流动状态为层流。
粘性流体的层状运动。
在这种流动中，流体微团的轨迹没有明显的不规则脉动。
相邻流体层间只有分子热运动造成的动量交换。
常见的层流有毛细管或多孔介质中的流动、轴承润滑膜中的流动、绕流物体表面边界层中的流动等。
层流只出现在雷诺数Re（Re＝ρUL／μ)较小的情况中，即流体密度ρ、特征速度U和物体特征长度L都很小，或流体粘度μ很大的情况中。
当Re超过某一临界雷诺数Recr时，层流因受扰动开始向不规则的湍流过渡，同时运动阻力急剧增大。
冶金传输原理实验指导书
表1
测定 1
时间 t(s)
开启度1
体积
流量
V(cm3) Q(cm3/s)
平均流量 测 Q均(cm3/s) 定
1
时间 t(s)
开启度2
体积
流量 平均流量
V(cm3) Q(cm3/s) Q均(cm3/s)
2
2
3
3
表2
各断面数据计算
2．氧原子的扩散D和温度T之间存在如下关系
(8)
——扩散常数（随材料不同而异） ——扩散激活能
三、实验设备
电阻炉、预磨机、抛光机、显微镜
四、实验步骤
1． 将T12、T8试样放入电阻内，升温至930℃，保温3～4小时，随 炉冷却。
2． 取出试样，制取截面金相试样（预磨、抛光、腐蚀4%HNO3、酒 精）。
它反映了流体流段流动方向的能量守恒。 式中，z-----------位置水头，m
p/ρg------压力水头，m v2/2g------速度水头，m 连接总流各断面(z+p/ρg)的顶点而形成的线即为测压管水头线；连 接总流各断面(z+p/ρg+ v2/2g)的顶点而形成的线即为测压管水头线；这 两条线的走向可以说明各种水头沿流程变化的规律。
五、实验结果整理
1、根据记录及公式计算出的流量填写表1。
2、利用各断面面积S，计算出各断面平均流速及相应的速度水头。其中α 为动能修正系数，其大小取决于流速在有效断面上分布的不均匀性。 管流大多属紊流，α =1.05～1.10，实际常取α =1。
3、从各断面测压管水头及速度水头即可算出各断面的总水头，填写表 2，并按一定比例绘出水管管路上测压管水头线及总水头线。
冶金传输原理实验报告
一、实验目的1. 理解并掌握冶金传输原理的基本概念和规律；2. 学习使用实验设备，观察和分析动量、热量、质量在冶金过程中的传输现象；3. 培养实验操作技能，提高实验数据的处理和分析能力。
二、实验原理冶金传输原理主要包括动量传输、热量传输和质量传输。
在冶金过程中，这三种传输现象往往同时发生，相互影响。
本实验主要研究动量传输、热量传输和质量传输的规律及其在冶金过程中的应用。
三、实验设备与材料1. 实验设备：动量传输实验装置、热量传输实验装置、质量传输实验装置；2. 实验材料：水、油、金属粉末等。
四、实验步骤1. 动量传输实验（1）将一定量的水倒入动量传输实验装置中，调整装置，使水流从上端进入，从下端流出；（2）观察水流速度和流量，记录实验数据；（3）改变装置参数，如管道直径、长度等，重复实验，分析动量传输规律。
2. 热量传输实验（1）将一定量的水倒入热量传输实验装置中，调整装置，使水从上端流入，从下端流出；（2）在装置中设置加热装置，使水在流动过程中受到加热；（3）观察水的温度变化，记录实验数据；（4）改变加热装置的功率，重复实验，分析热量传输规律。
3. 质量传输实验（1）将一定量的金属粉末倒入质量传输实验装置中，调整装置，使粉末从上端进入，从下端流出；（2）观察粉末的流动情况，记录实验数据；（3）改变装置参数，如管道直径、长度等，重复实验，分析质量传输规律。
五、实验结果与分析1. 动量传输实验实验结果显示，随着管道直径的增大，水流速度逐渐减小，流量逐渐增大。
这表明在动量传输过程中，管道直径对水流速度和流量有显著影响。
2. 热量传输实验实验结果显示，随着加热装置功率的增大，水的温度升高速度加快。
这表明在热量传输过程中，加热装置的功率对水温变化有显著影响。
3. 质量传输实验实验结果显示，随着管道直径的增大，金属粉末的流动速度逐渐减小。
这表明在质量传输过程中，管道直径对粉末流动速度有显著影响。
六、实验结论1. 在冶金过程中，动量、热量、质量传输现象相互影响，对冶金单元过程速率起着重要作用；2. 通过实验验证了动量、热量、质量传输的规律，为冶金工程实践提供了理论依据；3. 本实验有助于提高学生对冶金传输原理的理解和掌握，培养实验操作技能。
冶金传热实训报告
一、前言为了提高我们对冶金传热过程的理解和应用能力，我们参加了冶金传热实训。
通过本次实训，我们深入了解了冶金传热的基本原理、影响因素以及在实际生产中的应用。
以下是对本次实训的总结和反思。
二、实训目的与内容本次实训的主要目的是：1. 理解冶金传热的基本概念和原理。
2. 掌握冶金传热的基本计算方法和实验技术。
3. 分析冶金传热过程中存在的问题，并提出改进措施。
4. 提高对冶金传热在实际生产中的应用能力。
实训内容包括：1. 冶金传热基本理论的学习。
2. 冶金传热实验操作及数据分析。
3. 冶金传热实际案例分析。
三、实训过程与成果1. 理论学习在实训初期，我们学习了冶金传热的基本理论，包括传导、对流和辐射三种传热方式及其特点。
通过学习，我们掌握了冶金传热的基本公式和计算方法。
2. 实验操作在实验环节，我们进行了金属板传热实验、空气对流传热实验和辐射传热实验。
通过实验操作，我们学会了如何搭建实验装置、收集实验数据和分析实验结果。
3. 数据分析在数据分析环节，我们运用所学理论对实验数据进行处理和分析。
通过对实验数据的对比和分析，我们发现了影响传热效果的因素，并提出了相应的改进措施。
4. 实际案例分析在案例分析环节，我们选取了炼铁、炼钢、轧钢等冶金生产过程中的传热问题，分析了其产生的原因和解决方法。
通过案例分析，我们加深了对冶金传热实际应用的理解。
四、实训收获与反思1. 收获（1）掌握了冶金传热的基本理论、计算方法和实验技术。
（2）提高了对冶金传热实际应用的认识，为今后从事相关工作打下了基础。
（3）培养了团队协作能力和动手实践能力。
2. 反思（1）在实验过程中，我们发现实验数据与理论计算存在一定差距。
这提示我们在实际应用中，需要综合考虑各种因素，对传热过程进行精确计算。
（2）在案例分析环节，我们认识到冶金传热问题复杂多样，需要具备扎实的理论基础和实践经验才能解决实际问题。
（3）本次实训使我们对冶金传热有了更深入的了解，但仍有不足之处。
冶金传输理论-对流传热资料
同理，单位时间内、沿 y 轴方向流入微元体的净质量：
My
M
y dy
M y y
dy
(v)
y
dxdy
单位时间内微元体内流体质量的变化:
(dxdy) dxdy
单位时间：流入微元体的净质量 = 微元体内流体质 量的变化
(u) dxdy (v) dxdy dxdy
x
y
连续性方程：
u v 0 x y
单位时间流进和流出微元体的质量流量之差＝微元体 质量随时间的变化率。
单位时间内、沿x轴方向、 经x表面流入微元体的质量
M x udy
单位时间内、沿x轴方向、经
x+dx表面流出微元体的质量
M xdx
Mx
M x x
dx
单位时间内、沿x轴方向流入微元体的净质量：
M
x
M xdx
M x x
dx
(u)
x
dxdy
流动边界层 （热边界层）：速度（温度）梯度不等于 零的流体薄层称为边界层。
y vy
vf
y
ty tf
δ δt
换热微分方程式
壁面上的流体分子层由于 受到固体壁面的吸附是处 于不滑移的状态，其流速 应为零，那么通过它的热 流量只能依靠导热的方式
传递。
y
t∞
u∞
tw qw
x系数h 。
对流换热的分析方法（Analysis Method）
• 将流体视为连续的介质，取微元体考虑 • 运用动量守恒定律、能量守恒定律 、质量
守恒原理得出流体运动和热量传递的偏微分 方程
• 结合定解条件，进行数学求解
实质：获得流体内的温度分布与速度分布，尤其是近壁 处流体内温度分布与速度分布，进而获得壁面局部的对 流传热系数。
冶金传输原理实验指导书解析
冶金传输原理实验指导书（流体力学）Xiangnan University of Technology2011.8实验一静压实验Experiment 1 Static Pressure Experiment一、实验目的1、通过实验理解流体静力学基本方程式的能量意义和几可意义。
2、验证容器中流体内任意两点1和2的测压管水头相等，即有1Z +gP Z g P ρρ221+=。
3、测量液体的密度（本实验为测量酒精密度）二、实验原理1、重力作用下处于静止状态的连续均质不可压缩流体的基本方程式为：t cons gPZ tan =+ρ 该式的能量意义是：流体中各点处单位重量流体所具有的总势能，即位置势能Z 和压力势能 (gPρ) 之和均相等。
该式的几何意义是：流体中各点的测压管水头，即位置高度Z 和测压管高度(gPρ) 之和均相等。
根据上述流体静力学基本方程式，对本实验的液体（水）中1、2两点有：1Z +gP Z g P ρρ221+=2、根据流体静力学基本方程式，可得有自由液面的静止的不可压缩流体中压强的基本公式为（推导过程见教材）：P=P O +ρg h式中：P ――液体内任一点的静压力，单位为N/m 2(Pa)；P O ――容器内液体自由表面的静压力，单位为N/m 2(Pa)；ρ――液体的密度，单位为kg/m 3；h ――液体内的点到液面的距离，单位为m ；g ――重力加速度m/s 2。
由此式可求出液体内任意点处的静压力。
3、本实验中还要用到连通器原理，即同一种相连通的流体在同高度上压强相等。
三、实验设备静压实验器结构如下图所示：四、实验步骤1、熟悉实验设备，明确每根玻璃管的用途；熟悉实验方法；熟悉气压计的结构原理和使用方法。
2、打开气阀，待各玻璃管内液面稳定后，关闭气阀。
3、调节侧面小量筒高度，容器内液面上升或下降，压力P 0大于大气压力Pa 或小于大气压力Pa ，利用滑动标尺记录各测压管的液面高度，并记录表1（1P ）表2（2P ）的数值。
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课程编号：03402720
课程名称：冶金传输原理
冶金传输原理实验报告
（传热学）
Speciality________________
Class ___________________
Order number_______________
Name __________________
实验一 粉末或散装材料导热系数测定实验报告
测量数据记录：
2.the power of the electric heater (it is the heat transfer quantity)电加热器功率（亦即传热量）
the current （电流）： =I （A ） the voltage （电压降）： =V （V ） 3.the material of the experiment （实验材料）：
Ⅱ. Data reduction （数据整理）
The temperature of the outer wall of the small ball
（小球外壁温度）：
The temperature of the inner wall of the big ball
（大球内壁温度）：
The heat transfer quantity （传热量）： ==IV Q w
Ⅲ. The result of the experiment （数据整理）：
1、 实 验 结 果 ， 的 导 热 系 数
coefficient =-=2
19952
.0w w t t Q
λ C m w o ⋅/
2. when compare it with the theoretical value, the comparing result is:
与 理 论 值 相 比 较 结 果 是：
TestTwo To measure the guideline equation and the mean convection heat transfer coefficient when the air vertically sweeps along the single-pipe
实验二 空气横掠单管时平均对流换热系数及准则方程式测定实验
Ⅰ.To record the measuring data.（测量数据记录） 1.the size of the model ：（试件尺寸） the outer diameter （外径）： D = m, the effective length （有效长度）： L= 0.1m. the area of dissipation （散热面积）：==DL A π m 2. 2.the atmospheric temperature （大气温度）：=f t o C, the corresponding thermo emf （大气温度对应热电势）：)0,(f t E = mV , the atmosphere density (we refer to the table from f
t ).
大气密度（用f t 查表得）=ρ kg/m 3.
3.the measured value in every operation condition.
Ⅲ. The result of the experiment （实验结果） 1.from ：（根据）
⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+=+∑∑∑∑∑=====10
1101101
1011012
10i i i i i i i i i i i y b x n y x x b x n ⎪⎪⎩
⎪⎪⎨⎧--=--=→∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑)(10)())(())(()(10)()(10))((22222i i i i i i i i i i i i i x x x y x y x b x x y x y x n we get （解出得）⎩⎨⎧=
=
n C (C b ln =)
2. we get the guideline equation is （得出的准则方程是）：
Test Three To measure the angle factor from the infinitesimal
element surface dA 1 to the finite surface A 2
实验三 微圆表面dA 1到有限表面A 2的角系数测定实验报告
Ⅰ.To record the measuring data.（测量数据记录）
（计算角系数时数据）： the size of a, b, c in the Fig 4 of the experiment guide book . （实验指导书图中a 、b 、c 尺寸）： a = mm ； b = mm, c = mm.
b a
x =
= ; b
c y == . Ⅱ. Data reduction an
d th
e result o
f the experiment （数据整理及结果）
1. 2
21
R A F sp
A dA π=
-= ；
2.)1
1(212212212
1
y
x tg y x y y tg F A dA ++-=
---π= ； Ⅲ. To compare the measured angle factor with theoretical angle factor,
and analyses their fitting and the reason of it.
对测得的角系数和理论算出的角系数值进行比较，并对两者吻合情况和原因进行分析。