材料冶金传输原理课件
合集下载
关于冶金传输原理质量传输课件
关于冶金传输原理质量传输
第3篇 质量传输
质量传输： 物质从物体或空间的某一部分转移到另
一部分的现象，简称传质。 研究对象： 物质传递的规律及特点。 传质推动力： 浓度差或浓度梯度。 传质有两种基本方式：
物性传质 由分子运动即扩散性引起，亦称扩散传质。 对流传质 由流体流动引起。
研究方法： 借用研究传热的方法来研究传质。
C i v x C x i v y C y i v z C z i D i 2 x C 2 i 2 y C 2 i 2 z C 2 i
固体一维不稳定扩散传质
Ci
Di
2Ci x2
菲克第二定律
固体一维稳定扩散传质
d 2Ci 0 dx 2
d r dCi 0 dr dr
第13章 扩散传质与对流传质
第13章 扩散传质与对流传质
13.1 稳态扩散传质
稳定扩散传质的特点： 无质量蓄积，通过物体的扩散传质量为常数。
研究目的：
结合一定的实验方法确定物质的互扩散系数。
研究方法：
借用稳定导热类似的求解方法。
第13章 扩散传质与对流传质
13.1 稳态扩散传质
1．气体通过平壁的扩散
固体薄层
ni
Di
Ci y
mol/m2.s
任意方向
ni
Di
Ci n
mol/m2.s
ni—单位时间通过单位面积的扩散传质量，即扩散传质通量；
C i n
—浓度梯度，
mol m3
/m
负号—质量传递方向与浓度梯度方向相反。
12.2 质量传输的基本定律
菲克第一定律：
某组分的扩散传质通量与浓度梯度成正比
ni
Di
d 2Ci 0
第3篇 质量传输
质量传输： 物质从物体或空间的某一部分转移到另
一部分的现象，简称传质。 研究对象： 物质传递的规律及特点。 传质推动力： 浓度差或浓度梯度。 传质有两种基本方式：
物性传质 由分子运动即扩散性引起，亦称扩散传质。 对流传质 由流体流动引起。
研究方法： 借用研究传热的方法来研究传质。
C i v x C x i v y C y i v z C z i D i 2 x C 2 i 2 y C 2 i 2 z C 2 i
固体一维不稳定扩散传质
Ci
Di
2Ci x2
菲克第二定律
固体一维稳定扩散传质
d 2Ci 0 dx 2
d r dCi 0 dr dr
第13章 扩散传质与对流传质
第13章 扩散传质与对流传质
13.1 稳态扩散传质
稳定扩散传质的特点： 无质量蓄积，通过物体的扩散传质量为常数。
研究目的：
结合一定的实验方法确定物质的互扩散系数。
研究方法：
借用稳定导热类似的求解方法。
第13章 扩散传质与对流传质
13.1 稳态扩散传质
1．气体通过平壁的扩散
固体薄层
ni
Di
Ci y
mol/m2.s
任意方向
ni
Di
Ci n
mol/m2.s
ni—单位时间通过单位面积的扩散传质量，即扩散传质通量；
C i n
—浓度梯度，
mol m3
/m
负号—质量传递方向与浓度梯度方向相反。
12.2 质量传输的基本定律
菲克第一定律：
某组分的扩散传质通量与浓度梯度成正比
ni
Di
d 2Ci 0
材料加工冶金传输原理完整(吴树森)ppt课件
即
vx y
y0 0 .3 3 2 0 6 v
v x
即
0
vx y
y 0 0 . 3 3 2 v
v x
总 摩 阻 D : (b为 板 宽 )
L
D 0 d A b 0 d x 0 . 6 6 4 v b R e L
A
0
总 阻 力 系 数 :C d :
Cd
D
0
.5
v
2
A
1 .3 2 8
边界层理论的物理意义：
把绕流物体流动分为两个部分，即边界层的流动和势流流
动，主流区流动未受到固体壁面的影响，不发生切变，
故
这种无切变，不可压缩流体的流动称为势流。
4.1.2 边界层的流yx 态0
层流边界层：开始进入表面的一段距离，δ较 小，
流体的扰动不够发展，粘性力起主导作用。
17.05.2020 .
vy
vx y
1
P x
2vx y 2
平板表面边界层
Q
P y
0
又 势 流 区 vx
v,无 压 力 降 ,依
流 体 柏 努 利 方 程 ,故 有 平 板 表 面 P 0 x
17.05.2020 .
6
4.2.2 微分方程的解:
vx
vx x
vy
vx y
2v x y 2
vx vy 0 x y 布 拉 修 斯 对 上 方 程 组 引 入 流 函 数 ( x, y ),将 偏 微 分 方程化为可解的常微分方程
3
过渡区：随x的增大， δ也增大，惯性力作用 上升，层→湍转变为过渡区
湍流边界层：靠近平板表面，粘性力仍处于主导地位 （y=0,vx=0)有一定厚度的层流表层在湍流边界层内，距 离面板远处的流体，虽流速略小于vx,但已变得较大，并 为湍流，称其为湍流核心区。
材料冶金传输原理课件
3
纳米材料制备和应用
我们将介绍一些常用的纳米材料制备和应用技术，例如溶胶-凝胶法、共沉淀法 和溶液法等。
新型传输材料的开发
量子点传输材料
我们将介绍一种新型的传输材 料——量子点，以及它们在半 导体和光学传输中的应用。
石墨烯传输材料
我们将探讨石墨烯这种新型的 传输材料，以及它在电子器件 和能源传输中的应用。
传热基础和传热过程
1
传热的基本概念
我们将了解什么是传热，以及传热过程中的重要参数，例如导热系数和温差。
2
传热方式
我们将讨论材料中传热的三种基本方式：对流、辐射和传导。
3
传热计算方法
我们将介绍不同的传热计算方法，例如法向和径向传热、边界层和相似性理论。
传质基础和传质过程
溶质在溶液中的传输
我们将了解溶质在溶液中传输 的基本过程和影响因素，例如 浓度梯度和扩散系数。
超材料传输材料
我们将了解一种新型的传输材 料——超材料，以及它们在光 学和声学传输中的应用。
材料传输领域的前沿研究
1 生物材料的传输
我们将介绍生物材料中 的传输现象，以及它们 在生物医学和医疗器械 领域中的应用。
2 低维材料的传输
我们将探讨低维材料中 的传输现象，例如纳米 线和量子阱，并讨论它 们在电子器件和能量传 输中的应用。
2 工业革命时期的材
料传输
我们将探讨工业革命时 期的材料传输方式，例 如蒸汽机和轮船。
3 现代科技时代的材
料传输
我们将介绍现代材料传 输方式的演变，例如飞 机和高铁的发展历程。
材料传输技术的未来展望
材料传输技术的革命性突破
我们将展望未来材料传输技术的革命性突破，例如分子传输和纳米制造等。
材料加工冶金传输原理课件(吴树森)
用翼栅及高温，化学， 用翼栅及高温，化学，多相流动理论成功设 计制造大型气轮机，水轮机， 计制造大型气轮机，水轮机，涡喷发动机等动力 机械， 机械，为人类提供单机达百万千瓦的强大动力 。
气轮机叶片
大型水利枢纽工程，超高层建筑， 大型水利枢纽工程，超高层建筑，大跨度桥 梁等的设计和建造离不开水力学和风工程。 梁等的设计和建造离不开水力学和风工程。
50～60年代又改进为船型，阻力系数为0.45。
80年代经风洞实验系统研究后，进一步改进为鱼 型，阻力系数为0.3。
后来又出现楔型，阻力系数为0.2。
90年代以后，科研人员研制开发了气动性能更优 良的未来型汽车，阻力系数仅为0.137。
90年代以后，科研人员研制开发了气动性能更优良 的未来型汽车，阻力系数仅为0.137。
虽然生活在流体环境中， 虽然生活在流体环境中，人们对一些 流体运动却缺乏认识，比如： 流体运动却缺乏认识，比如：
1. 高尔夫球 ：表面光滑还是粗糙？ 表面光滑还是粗糙？ 2. 汽车阻力： 来自前部还是后部？ 汽车阻力： 来自前部还是后部？ 3. 机翼升力 ：来自下部还是上部？ 来自下部还是上部？
高尔夫球运动起源于15世纪的苏格兰。
现在的高尔夫球表面有许多窝，在同样大小和重量下， 现在的高尔夫球表面有许多窝，在同样大小和重量下， 飞行距离为光滑球的5倍 飞行距离为光滑球的 倍。
光滑的球和非光滑球对比
汽车发明于19世纪末 世纪末。 汽车阻力 汽车发明于 世纪末。
当时人们认为汽车高速前进时的阻力主要来自车前部 对空气的撞击。 对空气的撞击。
此后， 此后，流体力学的发展主要经历了三个阶段：
１.伯努利所提出的液体运动的能量估计及欧拉 所提出的液体运动的能量估计及欧拉 所提出的液体运动的解析方法， 所提出的液体运动的解析方法，为研究液体运 动的规律奠定了理论基础， 动的规律奠定了理论基础，从而在此基础上形 成了一门属于数学的古典“水动力学” 成了一门属于数学的古典“水动力学”（或古 流体力学” 典“流体力学”）。
冶金传输原理 课件
Vacuum
Coke oven gas
Coke oven Bottom gas Torpedo car
Degasser er
Tundish
Water cooling
Water cooling Copper mould
C.C. machine Hot strip mill Product (Hot coil) 2012-12-31 Slab
Fluid
Fixed plate
2012-12-31
x u=0
14
§1.1 流体的定义和特征
一、流体的定义：
液体与气体的区别
液体的流动性小于气体； 液体具有一定的体积，并取容器的形状；
气体充满任何容器，而无一定体积。
二、流体的特征
流动性
2012-12-31
15
§1.2 流体连续介质的假设
2012-12-31
17
§1.2 流体的连续介质假设
一、流体的连续介质假设
Number density: N2 3x1025 m-3 , H2O 2x1028 m-3 Intermolecular spacing: N2 3 nm , H2O 0.4 nm Mean free path: N2 100 nm
冶金传输原理课程的内容
冶金传输原理主要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 过程动量的传递（流体流动行为）、热量传递和
质量传递三大部分。
怎么学习“传输原理”？学什么？方法等。 多看，多练，多想，多交流。
2012-12-31 3
钢铁冶金生产流程
B.F. gas Iron ore Oxygen Lime stone Coal Sintering Blast furnace Hot Converter blast Converter gas
材料加工冶金传输原理课件(吴树森概要
Pa
2018/10/14
4
第一章 动量传输的基本概念
1、 1 流体及连续介质模型 在剪切应力的作用下会发生 连续的变形的物质。
1、流体的定义:
流体的密度
m lin v 0 V
ΔV 从宏观上看应足够小， 而从微观上看应足够大。
2018/10/14
5
1.1 流体的概念及连续介质模型
2018/10/14
27
Fn Fτ
F
2018/10/14
22
流体的静压力及其特点： 2. 流体中任意点上的静压力在各方向上均相等而 与方向无关。 证明：在静止的流体中取一无限小的三角形，(如 图所示）它包含有P点。三角体的厚度取单位厚 度，现分析其受力的情况，先考虑X方向的力： dz=1 y
dy
Pθ dx 2 dy 2
P2 2 1 P1
2 1
P1 P2
2、 等压时（P1=P2）
2
T1 1 T2
T0 0 t 0 Tt 1 t
β=1/273
11
2 1
2018/10/14
T2 T1
流体的基本性质 当气体的压力不太高（<10kPa) ,或速度不太高 (<70m/s)时，可认为是不可压缩的。 3、绝热时 当气体没有摩擦，又没有热交换时， 可认为是绝热可逆过程 ：
第一篇
动量的传输
概述 冶金过程：是物理化学过程、动量、热量、质 量传输过程的组合过程。 传输理论的基础：质量守恒定律；动量守恒定 律；能量守恒定律。 研究的目的：研究速率过程（动量、热量、质 量） 本学科的现状与发展
2018/10/14
2
工程单位制 ； 基本单位：长度，时间，力 一 单位制： 国际单位制；基本单位：长度，时间，质量 工程单位制规定：质量为1kg的物体在标准重力加速度处所 受的引力为1kg力。 缺点g 随地点的不同而异，力不能作为基本单位，且kg Kgf是不同的概念。 国际单位制： 基本单位： 米（m） 公斤（kg）秒（s）度（℃）（K） 导出单位：力—牛顿（1N=1kg×m/S） 能量——焦耳（1J=1kg· ㎡/S² ） 压力（强）——帕斯卡（Pa=N/㎡） 功率——瓦（W=J/s）
冶金传输原理-第7章 对流换热ppt课件
该定律指明，实验时，必须测量出相似准数所包含的一切量。
2、相似第二定律——现象相似的条件
判断相似的充分必要 条件
凡是同一现象，如果定解条件相似，而且由定解条件的物 理量所组成的相似准数在数值上相等，则这些现象必定相似。
该定律指明，实验时，为了保证模型与实物现象相似，必须使 定解条件相似，而且，由定解条件组成的决定性准数在数值上要相 等。
7.3 热边界层概念
对流换热时，流体与壁面间存在传热温差。用细小的高灵敏的
测温元件测出的温度沿壁面y方向的变化如下图所示。
热边界层——壁面附近形成的
y
温度急剧变化的流体簿层。
y 0处，T TW；
相对过余温度
T-TW 0.99处，热边界层外缘。 T TW
T
热边界层T厚 :热度 边界层外
缘到壁面的距离。
7.4 相似理论基础
三、相似理论求解物理方程
1、粘性流体的动量平衡方程
沿x方向的纳维尔——斯托克斯方程为
ux t
ux
ux x
uy
uy y
uz
uz z
1Px2xu2x
2ux y2
2ux z2
gx
2、相似转换解相似准数
（3.46）
(‘)——实际物体的运动 （“）——实验室模型的运动
u'x t'
u'x
hA T
联立以上两式，得:
T
h
(7.3)
T y
y0
式（7.3）即为对流换热微分方 程式，该式描述了h与流体温度场的 关系。
7.2 对流换热微分方程组 7.2.1 连续性微分方程
（3.27）或（7.4）式
7.2.2 动量微分方程 (3.47)式
冶金传输原理PPT课件
z
dz
dy 0yBiblioteka dx x3.2 连续性方程
单位时间输入微元体的质量-输出的质量＝累积的质量
单位时间内，x方向输入输出的流体质量为：
A点坐标（ x,y,z), 流体质点速u度 x、uy、uz,
kgkg m
kg
mm 32
ss
mm s
密度。
z
输入面（左侧面）：（ux) xdydz
输出面（右侧面）：
ux A
Y
1
1
P x P y
dux dt duy
dt
Z
1
P z
duz dt
(3.38) 欧拉方程
适用范围——可压缩、不可压缩流体，稳定流、非稳定流。
用矢量表示—— W1PDu
Dt
(3.39)
3.3 理想流体动量传输方程——欧拉方程
把 d d x u t u tx u x u x x u y u y x u z u z x a x
对于不可压缩流体ρ=常数，根据连续性方程，上式最后一项为0：
d dxu tX P x 2 x u 2 x 2 y u 2 x 2 zu 2x
3.4 实际流体动量传输方程——纳维尔-斯托克斯方程
上式两边同除以ρ，且 得：
d dxu tX 1 P x 2 x u 2 x 2 y u 2 x 2 z u 2 x
将式（b)代入式（a),方程两边同除以ρ，得：
1d d t u xx u yy u zz 0 (c)
3.2 连续性方程
引入哈密顿算子：i jk x y z
所以： U x i y j k k u x i u y j u z k u x x u y y u z z
在流场中取一微元体dxdydz，顶点A处的运动参数为：
dz
dy 0yBiblioteka dx x3.2 连续性方程
单位时间输入微元体的质量-输出的质量＝累积的质量
单位时间内，x方向输入输出的流体质量为：
A点坐标（ x,y,z), 流体质点速u度 x、uy、uz,
kgkg m
kg
mm 32
ss
mm s
密度。
z
输入面（左侧面）：（ux) xdydz
输出面（右侧面）：
ux A
Y
1
1
P x P y
dux dt duy
dt
Z
1
P z
duz dt
(3.38) 欧拉方程
适用范围——可压缩、不可压缩流体，稳定流、非稳定流。
用矢量表示—— W1PDu
Dt
(3.39)
3.3 理想流体动量传输方程——欧拉方程
把 d d x u t u tx u x u x x u y u y x u z u z x a x
对于不可压缩流体ρ=常数，根据连续性方程，上式最后一项为0：
d dxu tX P x 2 x u 2 x 2 y u 2 x 2 zu 2x
3.4 实际流体动量传输方程——纳维尔-斯托克斯方程
上式两边同除以ρ，且 得：
d dxu tX 1 P x 2 x u 2 x 2 y u 2 x 2 z u 2 x
将式（b)代入式（a),方程两边同除以ρ，得：
1d d t u xx u yy u zz 0 (c)
3.2 连续性方程
引入哈密顿算子：i jk x y z
所以： U x i y j k k u x i u y j u z k u x x u y y u z z
在流场中取一微元体dxdydz，顶点A处的运动参数为：
冶金传输原理课件
案例分析
货柜桥吊传输
道路、铁路运输普遍存在不易运 输大型货物的困难和高昂费用， 而这种能力至少部分可以通过货 柜桥吊技术得到保证。
ห้องสมุดไป่ตู้
船舶装载技术
介绍船运物资的存贮，包装，以 及在运输期间如何保障矿石质量 的相关技术案例。
输送带技术应用
利用输送带技术进行煤矿浓缩场 的运输及储藏，提高生产效率的 具体过程及其优点缺点的对比分 析。
基本原理
机械传输原理
探究了珠宝类物品到重金属产业 上的矿产品如何实现先进的传输 原理。
轨道运输原理
厘清了轨道式运输对人类社会产 生的作用，由设备、控制和信息 化三方面详细描述了轨道式运输 的工作原理。
流体传输原理
从油气管道、液化气体、水等各 种流体的传输，基本原理及应用 展开全面阐述。
技术要求
1
冶金传输原理课件
冶金传输原理解释了从生产区到使用区等全球范围内对矿物质、金属及合金 等各种原材料的运输和存储，本课程将由此入手进行详细介绍。
应用领域
矿石运输领域
大型矿山铁路运输的关键参 数选择及实践应用。
冶炼及相关行业
钢铁、冶金及有色行业技术 运输的分析与案例应用。
船舶运输领域
港口电气设备、金属铸造件 等长途跨洋运输相关经验总 结。
从各个角度的深入学习，如审美标准、材料、尺寸等因素进行详细的组成部分分析和探 究。
安全与可靠
传输原理的可靠性，技术的熟悉度和安全性是工业领域对该技术最为关注的方面。
2
成本与效益
冶金传输技术的成本以及在产业链上所带来的完善效益，是工业公司进行投资与 评估考虑的重要因素。
3
灵活性与快速性
原材料运输的灵活性对应用非常广泛、使用周期短的原材料在各个不同领域中进 行必要的运输与转换方案，为企业的高效发展提供丰富的可能性。
材料加工冶金传输原理最新版精品课件传热部分-第二章 一维稳态导热
第二章稳态导热过程分析§2-1 导热的基本概念§2-2 典型几何体的一维稳态导热§2-3 变截面一维稳态导热§2-4 有内热源的稳态导热本章学习目标与要求1.着重掌握傅立叶定律及其应用。
2.掌握导热系数的影响因素。
3.了解导热问题的数学描写（导热微分方程及定解条件）4.能够应用傅立叶定律对几种典型几何形状物体的一维稳态导热问题进行分析和计算。
第一节导热的基本概念一、温度场和温度梯度二、傅立叶定律三、导热微分方程一、温度场和温度梯度2.等温线（面）：同一瞬间温度场中温度相同的点连成的线（面）称为等温线（面）。
等温线（面）有如下特点：①不可能相交；②对连续介质，等温线（面）只可能在物体边界中断或完全封闭；③沿等温线（面）无热量传递；④由等温线（面）的疏密可直观反映出不同区域温度梯度（或热流密度）的相对大小。
tt-Δt t+Δt为热流密度，指单位时间通过单位面积的表示热量传递指向温度降低的方向；是通过该点的等温线上法向单位矢量，指xt qx∂∂−=λyt qy∂∂−=λt∂2.导热系数•傅立叶定律给出了导热系数的定义:单位温度梯度下物体内所产生的热流密度。
gradt q /−=λ[W/（m·℃）]•它表示物体导热本领的大小。
•导热系数的影响因素：是物性参数。
——物质结构：物质的种类、材料成分；——物质的状态：温度、湿度、压力、密度等。
)1(0bT +=λλ保温材料（绝热材料）3.定解条件•完整数学描述：导热微分方程+ 单值性条件•单值性条件：确定唯一解的附加补充说明条件，包括几何、物理、初始、边界四项③初始条件：又称时间条件，反映导热系统的初始状态；①几何条件：说明导热体的几何形状和大小，如：平壁或圆筒壁；厚度、直径等；②物理条件：说明导热体的物理特征，如物性参数λ、c 和ρ的数值，是否随温度变化；有无内热源、大小和分布；④边界条件：反映导热系统在界面上的特征，也可理解为系统与外界环境之间的关系。
材料加工冶金传输原理ppt课件
v∞
v∞
紊流核心区
v∞
vx
缓冲区 vx
层流底层
4
一般平板 :
实验表明 : 4.1.3 管流边界层:
Le起始段
Rec 3105
1
L Re
层流
湍流
层流：当Re Re c,即层流边
界层在流过一段距离后其（x)
已达到或超过管轴，以后整个 管截面上均保持层流流动
vx呈抛物线分布 Le 0.05 Re D
x
当地阻力系数：Cf 0.646
0.646 / x
Rex
总阻力系数：
CD 1.292
1.292 / L
ReL
布拉修斯精确解：Cf 0.664 / Rex
CD 1.328 / ReL
当 3 105 Re 107 (湍流)
0.381
x
1
Re
5
x
CD
0.074
1
Re 5 L
15
x
即 0
vx y
y0 0.332v
v
x
总摩阻D : (b为板宽)
L
D 0dA b 0dx 0.664vb
A
0
总阻力系数 : Cd :
Cd
D
0.5 v2 A
1.328
Re L
当 Re 3 105时有效
Re L
9
4.3 边界层积分方程 层流:无压力梯度
层流：无压力梯度（势流 P 0, 湍流 P 0），当 P 0
dP dx
0
0
0
依势流柏努利方程（柏努利方程微分式）
dP
vdv
0
1
dP dx
v
dv dx
冶金传输原理PPT
摩尔分数（相对摩尔浓度） χA=CA / C
某组分在混合物中所占摩尔数值的百分数 % ，以хi示之，хA 则为混合物中组分A 所占的摩尔百分数 C为混合物中各组分的总摩尔浓度 以双组分A、B 的混合物为例，它们的关系为：
ρ= ρA + ρB kg/m3 ωA= (ρA / ρ) % χA=(CA / C)%
Fick 最早提出描述分子扩散的经验公式，他指出，在定温定 压下，任意组分的分子扩散通量与该组分的浓度梯度成正比， 其方向与梯度的方向相反。即：
C A J A D AB n A 或：j A D AB n
2018/11/10
mol kg
m2s
m2s
式中： JA： 为某组分A 沿坐标y方向的扩散通量 mol/㎡s DA： 比例系数，叫扩散系数 dCA/dy： A 沿坐标Y方向的浓度梯度，负号表示分子扩散沿 浓度减小的方向。 上二式均表示浓度梯度决定的分子扩散通量，与流动主 体是静止状态还是流动状态无关，不同的是，在静止的流体中， JA是表示相对于静止坐标的通量，而在流动的介质中JA则表示 相对于流动主体平均速度的通量。
第一章
质量传输的基本概念
质量传质简称传质，是以物质传递的运动规律作为研究对 象的。所谓质量传输过程，即物质从物体或空间的一部分 转移到另一部分的过程叫传质。
当一个体系内部的一种或几种物质组分的浓度不均匀时， 各组分就会从浓度高的地方向浓度低的地方转移，故其推 动力是浓度差。 冶金过程中的传质发生在不同的物质和不同的浓度之间， 而大多数则发生在二相物质之间 如：氧化、还原、燃烧、汽化、渗碳等是 气—— 固相间发生 吸收、吹炼 气—— 液相间 溶解、浸出、置换 液—— 固相间
从单位（㎡/s）上看Di同、a的一样，是一个很重要的参 数，是一物性参数， Fick定律即为其定义式，其数值的大 小反映了物质扩散能力的大小。
冶金传输ppt绪论.
传递的组分A的质量通量为
jA
DAB
d A
dy
(0.5)
式中，J
A
质量通量（ kg m2
s
）；
钢的表面渗碳
DAB (组分A在组分B中的）扩散系数 (m2 S)；
d A
组分A的浓度梯度（
kg
m3 );
dy
m
“—”号——质量通量的方向与浓度梯度的方向相反，即组分A 朝着浓度降低的方向传递。
教学资料发送邮箱：ydxyjcsyl@ 密码：yejinchuanshu
0.1 牛顿粘性定律
0.1 牛顿粘性定律
y v0 v0
v
dv
v
快层 V+dv
τ
τ
0
v0 v
v 慢层
图0-1 牛顿梯粘度性—定—律物沿推理某导参一示数特意（定图如（温垂度直、）速方度向、的浓变度化等率），
两个作直线运动的通流常用体导层数之表间示的。 切应力
冶金传输原理
绪论 材料加工过程——物理冶金过程 传输—— 物理量从非平衡态向平衡态的转移过程 材料加工冶金传输的物理量——— 动量、热量、质量 热量传输——— 传热学
汽车铝轮毂低压铸造过程：充型——凝固
绪论 质量传输——— 传质学
硼化物层
钢的表面渗碳
3Cr2W8V钢920℃渗硼的组织
绪论
动量传输——— 流体力学 质量传输和热量传输在许多情况下是伴随动量传输（流体流动） 的情况发生的 例1——淬火、正火 例2——炼铜熔渣中的Cu元素回收
绪论
教学目标—— 掌握冶金传输理论的基本概念、基本定律及基本解析方法； 理解强化材料加工生产过程和改进生产工艺的理论基础； 具备初步分析和解决材料加工生产工艺过程的传输问题的实
jA
DAB
d A
dy
(0.5)
式中，J
A
质量通量（ kg m2
s
）；
钢的表面渗碳
DAB (组分A在组分B中的）扩散系数 (m2 S)；
d A
组分A的浓度梯度（
kg
m3 );
dy
m
“—”号——质量通量的方向与浓度梯度的方向相反，即组分A 朝着浓度降低的方向传递。
教学资料发送邮箱：ydxyjcsyl@ 密码：yejinchuanshu
0.1 牛顿粘性定律
0.1 牛顿粘性定律
y v0 v0
v
dv
v
快层 V+dv
τ
τ
0
v0 v
v 慢层
图0-1 牛顿梯粘度性—定—律物沿推理某导参一示数特意（定图如（温垂度直、）速方度向、的浓变度化等率），
两个作直线运动的通流常用体导层数之表间示的。 切应力
冶金传输原理
绪论 材料加工过程——物理冶金过程 传输—— 物理量从非平衡态向平衡态的转移过程 材料加工冶金传输的物理量——— 动量、热量、质量 热量传输——— 传热学
汽车铝轮毂低压铸造过程：充型——凝固
绪论 质量传输——— 传质学
硼化物层
钢的表面渗碳
3Cr2W8V钢920℃渗硼的组织
绪论
动量传输——— 流体力学 质量传输和热量传输在许多情况下是伴随动量传输（流体流动） 的情况发生的 例1——淬火、正火 例2——炼铜熔渣中的Cu元素回收
绪论
教学目标—— 掌握冶金传输理论的基本概念、基本定律及基本解析方法； 理解强化材料加工生产过程和改进生产工艺的理论基础； 具备初步分析和解决材料加工生产工艺过程的传输问题的实
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
传 递 的 方 式
第1章 概念和定义
• • • • §1-1 §1-2 §1-3 §1-4 流体和连续介质 流体的性质 流体性质逐点变化 单位
第1章 概念和定义
• 19世纪前，流体力学的研究分为两个分支： 一是理论分析方法：研究流体运动时不考 虑黏性，运用数学工具分析流体的运动规律。 另一个是实验方法：不用数学理论而完全 建立在实验基础上对流体运动进行研究，解决 了技术发展中许多重要问题，但其结果常受实 验条件限制。 这两个分支的研究方法完全不同，这种理 论和实验分离的现象持续了150多年。评论家称 层理论为止。 • 普朗特将经典力学与实验力学融合为一个 理论体系，开启了现代流体力学。
Fn 法向应力 ii lim A A A Fs 切向应力 ij lim A A A
• 作用在流体上的力 一类是长程力（体积力）：能穿越空间作用到所有流体 元上，不通过物理接触而产生的作用力。如：重力、 电磁力、惯性力。 特点：这些力的强度取决于流体元的局部性质（如密度、 电磁强度、加速度等），与流体元的位置变化关系不 大。因为长程力的大小与流体元的体积成正比。所以 又称为体积力（质量力：重力和惯性力与流体元的质 量成正比）。 一类是短程力（表面力）：相邻两层流体需要物理接触 通过分子作用（如分子碰撞、内聚力、分子动量交换 等）产生的力。因为短程力仅取决于流体元的表面状 况，所以又称为表面力。如：压力、粘性力等。
绪论
• 一、课程的性质和目的 本课程是金属材料工程专业本科生的专业基础课程， 它涵盖了 “流体力学”、“传热学”及“传质学”课 程的内容。本课程的任务是系统而全面地从动量、热 量及质量传输观点，阐述了流体流动过程以及传热传 质过程的基本理论，及其在冶金工程中的主要应用。 要求学生要掌握上述三个传输过程的基本概念、基本 原理和基本计算方法。以便为学习后续专业课程奠定 必要的基础。
• 连续介质概念（假设） 欧拉1753年首先提出。 忽视流体微观结构的分散性, 将流体看成是由无限多个 流体质点或微团组成的密集而无间隙的连续介质。
—— 假定了流体的稠密性和连续性
连续介质假设：假设流体是由连续分布的流体质点组成 的介质。 优点： （1）可用连续性函数B(x,y,z,t)描述流体质点物理量 的空间分布和时间变化； （2）由物理学基本定律建立流体运动微分或积分方 程，并用连续函数理论求解方程。
“工程师观察着不能解释的现象，数学家解释着观察 不到的现象”。直到20世纪初普朗特提出了边界
第一章 概念和定义
流体、运动和力（能量）是构成流体力学的三个基本要素。 1.1 流体和连续介质 流体：在剪应力作用下能够产生连续形变的物质。
流体的微观和宏观特性 流体分子微观运动 自身热运动 流体团宏观运动 外力引起 统计平均值
流体微团：具有流体宏观特性的最小体积（即临界体积 △V*或△τ* ）的流体团。 缺点：（1） △V*虽然很小，但仍存有线尺度，不能与数学 上点的概念相统一； （2）在流体运动过程中微团将变形。 为了符合数学分析的需要，引入流体质点模型。 优点：（1）流体质点无线尺度，无热运动，只能在外力作 用下作宏观平移运动； （2）将周围临界体积范围内的分子平均特性赋于质 点。 为了描述流体微团的旋转和变形引入流体质元（流 体元）模型 （1）流体元由大量流体质点构成的微小单元（δx， δy，δz） （2）由流体质点相对运动形成流体元的旋转和变形 运动。
物理量从非平衡状态朝平衡状态转变的过程。具有强 度性质的物理量（如温度、组分浓度等）在系统内不均 匀时就会发生物理量的传输。 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； 产生原因：三者都是由于系统内部存在速度、温度和浓度 梯度的缘故。
1.3 流体性质逐点变化
全国气压的变化，图中曲线为等压点的变化。
• 介于dx和dy两点间区域内压力P的变化，可用全微分 dP 表示
P P dP dx + dy x y dP P dx P dy + ds x ds y ds
为什么把“三传”放在一起讲？ ①“三传”具有共同的物理本质——都是物 理过程。 ②“三传”具有类似的表述方程和定律。 ③在实际冶金传输过程中往往包括有两种 或两种以上传输现象，它们同时存在， 又相互影响。
“三传”的类似性
流场中速度分布不均的时候 产生了切应力； 分子扩散传递 温度分布不均的时候 产生了热传导； 在多组分的混合流中，某组分 的浓度分布不均的时候 产生了质量的传输； 湍流传递 旋涡混合造成的流体微团的宏观 运动引起。
• 连续介质概念的适用范围 除了稀薄气体与激波的绝大多数工程问题，均可用 连续介质模型作理论分析。
1.2 流体的性质
• 流体的密度：单位体积流体的质量
m lim V V V f (x, y,z, t)
流体性质与流动特性： 不可压缩流体：在很大的温度和压力范围内，密度几乎不 变的流体。 流体的点应力：单位面积上流体所受的力
• 作用在流体上的力
静止流体：静止流体不存在切应力，表面力仅由法向应 F =0 力引起。
X方向 y方向
Fx -Fs sin 0
Fy -Fs cos g
xyz 0 2
xx ss yy ss
说明：静止流体中，流体的法向应力与方向无关，它是一个 标量。流体表面的压强与法向应力是大小相等，方向相反的。 工程上简称为压力。
§1 课程简介 §2 “三传”的内在联系和类似规律
§1 课程简介
性质
本课程为一门专业技术基础课，属于工程 基础理论课程，是专业主干课，必修课。
动量传输 热量传输 源于流体力学
研究 对象
源于传热学
源于传质学
质量传输 高等数学
基础 课程
物理化学 理论力学
§2 “三传”的内在联系和类似规律
什么是传输过程？