材料加工冶金传输原理ppt课件
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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
加工过程传输原理-----全书课件
动量分布不均匀
主要研究内容为：要研究各种条件下，流动
物体中的动量分布情况(也即流动物体的流动 速度的分布情况)、动量的传输规律、流动物 体的流速随空间和时间的变化规律。
2018/11/24
20
金属热态成形过程中遇到流体的动量传输问题：
（1）在铸造时，金属液在充填型腔时的流动；
（2）流动的金属液与铸型壁之间的相互力学作用；
2018/11/24 10
三传控制整个过程的进程与速率。 为此，必须对其传输机理进行研究、对研究 方法进行总结、对研究结果给予定量的表述。 采取必要措施（改进工艺、设备），提高成 型质量和成品率，提高冶金过程效率（提高
生产率）。
2018/11/24
11
4
实例说明 1 铁水脱硫：
传质过程与流动（搅拌）间关系。 脱硫反应式（CaO）+[S]=(CaS)+[O] 铁水包内混冲脱硫：脱硫效率小于30％；
热过程；传质过程；流动过程。 工艺上要求：钢水（在中间包内、结晶器内） 尽可能流动均匀、温度均匀、成分均匀、凝 固均匀，夹杂物尽可能上浮排出，以同时保 证连铸高生产率和铸坯高质量。
2018/11/24
15
5
计算结果示例：
传输原理+数值方法+工程软件=定量可视
连铸中间包内钢液流场
连 铸
2018/11/24
连铸中间包内夹杂物流动与去除 连铸结晶器内钢液流动行为 连铸换钢种液芯内成分演变过程
16
2018/11/24
17
四、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在实际成型或加工以及冶金过程中往往包括 有两种或两种以上传输现象，它们同时存在，
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：
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
材料加工冶金传输原理最新版精品课件传热部分-第三章 非稳态导热
第三章非稳态导热本章学习目标及要求1. 掌握非稳态导热的特点；2. 掌握集总参数法的基本原理及其应用；3. 了解一维非稳态导热问题的分析解求解方法及解的形式；4. 掌握一维非稳态导热的诺模图求解方法。
本章学习重难点1. 非稳态导热过程的基本概念与特点；2. 零维非稳态导热的集总参数法；3. 一维非稳态导热的分析解求解方法；4. 一维非稳态导热的诺模图求解方法。
第一节非稳态导热过程1.非稳态导热的定义•物体的温度随时间而变化的导热过程称为非稳态导热。
许多工程实际问题都牵涉到非稳态导热过程，如动力机械的启动、停机、变工况运行，热加工、热处理过程等。
()z y x=ft,,,τ2.非稳态导热过程的分类¾周期性非稳态在周期性变化边界条件下发生的导热过程，如：①地表层、房屋建筑墙壁的导热过程；②内燃机气缸壁的导热。
¾非周期性非稳态导热通常是在瞬间变化的边界条件下发生的导热过程，如：①热处理工件的加热或冷却等；②一般物体的温度随时间的推移逐渐趋近于恒定值。
3.非稳态传热过程的特点（1）过程温度变化特性(a)τ= τ1(b)τ= τ2(c)τ= τ3(d)τ= τ4①初始阶段：温度变化到达右壁面之前(如曲线A-C-D)，右侧不参与换热，此时物体内分为两个区间，非稳态导热规律控制区A-C和初始温度区C-D。
②正规状况阶段：温度变化到达右壁面之后，右侧参与换热，初始温度分布的影响逐渐消失。
τ= τ3：穿透时间a ∂∂(木材 1.5×10-7银2×10-4钢 1.25×10-5黄铜 3.4×10-5第二节集总参数法•(1) 为什么要等5分钟才能取出？•(2) 体温计读数是否为人体温度？误差有多大？引题: 用体温计测量病人体温有没有简化方法可以将偏微分方程变成常微分方程？1. 非稳态导热的三种情形Bi<<1：内部导热热阻远小于外部对流换热热阻，从曲线上看，物体内部的温度几乎是均匀的。
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。
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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
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12
摩擦力：BD面： 0dx
x方向的合外力：P
Pd
P
dP dx
dx
P
d dx
dx
0dx
dP dx 0dx dx
依动量定理有：d ( dx
v 2x dy )dx
v
d dx
(
v x dy )dx
dP dx
dx
0dx
6
4.2.2 微分方程的解:
vx
vx x
vy
vx y
2vx 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
vx
y
vy
x
将流函数带入上面的方程组
并认为层流边界层内沿x轴各截面的速度分布图象相似
vx F( y )
v
又依 1 则 x
)
N s
vx
vy x
vy
v y y
1
P y
(
2vy x 2
2vy y 2
)
连续 : vx vy 0 x y
依边界层的特征, 用数量级比较法对上式进行简化
边界层微分方程可表为 :
vx
vx x
vy
vx y
1
P x
2vx y 2
平板表面边界层
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
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
解释: δ (x)与物体尺寸相比,一般是很薄的,只是紧靠 物体边界的薄层,故称其为边界层,但边界层内速度梯度 却很大。
2
依yx dvx ,即使很小， dvx 很大，故yx亦很大，在此范围内，
dy
dy
粘性效应是十分重要的。 边界层外，主流中dvx ＝0，其产生的切应力就小到可以忽略不计
dy
边界层理论的物理意义：
x
x
x
势流区流速是随x而变化的.
动量定律: 净输出控制体动量速率=作用于控制体 的合外力
C
y A
δ+dδ
δ
τ0
B
Dx
10
由AB面传入的动量：
从AB面流入的质量 vxdy
0
传入的动量 vx2dy
0
由CD面传出的动量：
从CD面传出的质量： 0
vxdy
d( dx
0
vxdy)dx
传出的动量
δ (x)为边界层厚度,是x的函数
规定vx=0.99vα时的y= δ(x),为边界层厚度.(严格要 求vx=vα可能达很远,且不易确定
1
Ⅲ
Ⅰ：边界层区
Ⅱ: 尾流区 Ⅲ 势流区
Ⅱ Ⅰ
在势流区内,因为 dvx 很小, 粘性的影响可忽略, dy
可近视为 0,给求解带来方便
依边界层的概念—切应力的影响只限于边界层内.
0
vx 2 dy
d dx
0
vx 2 dx
从AC面传入的动量：
从AC面流入的质量：M AC
M
ABM CD
d dx
(
0
vxdy)dx
从AC面流出的动量：v
d dx
(
0
vxdy)dx
11
x方向净输出动量的速率：
0
vx2dy
d dx
(
0
vx2dy)dx
0
vx2dy
v
d dx
(
0
vx dy )dx
x Re
Re
y
x
y Re
7
令 y y v
x
x
Re
: y向无因次尺寸
且确定流速函数的形式为 ( x, y) v x f ()
最后可变为 2 d 3 f () f () d 2 f ()
d3
d2
依边界条件,可计算出结果,见表5 1所示
可见 :
1. 层流边界层速度分布与实验值完全吻合.(为精确解)
2. 依定义,当vx 0.99v时y ( x)
则有 5.0 Rex
Re x
vx x
(有的为4.8)
3. 平板壁面上的摩擦阻力:
壁面切应力
0
vx y
y0
8
vx y
2
y 2
v
v
x
f ( 0)
由表可知 : y 0, 0 f () 0.33206
即 vx y
y0 0.33206v
v
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
第四章
4.1 边界层概念
4.1.1 边界层的定义
边界层流动
实验:在水口风柱筒中水平放置一块平板,待流动达到稳
定状态后,用皮托管测定近壁面处的速度分布线可发现
1. 在壁面上流动的速度为零—无滑脱边界条 件.(y=0,vx=0)
2. 随距壁面距离的增加,流体速度迅速增大,而在距壁 面不远的δ(x)处,流体的速度趋于与来流速度vx相 等,称此受固体壁面的影响速度急骤变化的区域 0≤y≤ δ(x)为边界层.
湍流边界层：靠近平板表面，粘性力仍处于主导地位 （距离y=面0,v板x=远0)处有的一流定体厚，度虽的流层速流略表小层于在v湍x,流但边已界变层得内较，大， 并为湍流，称其为湍流核心区。
在层流底层与湍流核心区之间存在一缓冲区
即：沿y方向上可分为三个区：层流底层，缓冲区，湍 流核心区。
层流边界层
过渡区 湍流边界层
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。 yx 0
4.1.2 边界层的流态
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。
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
d dx
(
0
vx2dy)dx
v
d dx
(
0
vx dy )dx
净输出控制体的动量之速率 作用于控制体的外力之和
外力 压力 摩擦力
压力： AB面： P
DC面：（P dP dx)( d dx)
dx
dx
[P dP dx P d dx)
dx
dx
AC面： Pds 在x方向投影为Pdx Pd
湍流：Re Re c，层 湍过渡边 界层仍未达管轴，即向湍流过渡， 近壁面为层流底层，大部分为 湍流核心 边界层的微分方程式
4.2.1 微分方程的建立
二维稳定流动(不可压缩忽略质量力)
vx
vx x
vy
vx y
1
P x
(
2vx x 2
2vx y 2