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
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。
材料加工冶金传输原理课件(吴树森
2 t d 2t a 2 0 t 仅是 x的函数 0 2 x dx
∴导热微分方程为：
边界条件为： x =0，t= tw1 ； x=， t = tw2 上述微分方程是一二阶线性常微分方程，积分二次 得：
2013-7-25 4
t c1 x c2
式中： c1 、 c2 为积分常数，由边界条件（B· C） 确定。 将B· C代入得：
2013-7-25
8
•二 , 多层平壁的导热
工程中许多平壁并不是由单一的材料组成的而是 由多种材料组成的复合平壁.如工业炉中的炉墙就是由 耐火砖、绝热砖、金属护板等不同的材料组成的多层 平壁,由于各层平壁的的不同，它们的热阻亦是不同 的. 其求解方法可利用单层平壁的结果,即一维稳态时 通过各层平壁的热通量(热流量)处处相等. 如果通过第一层的热量大于第二层的热量,说明第 一层就有了热量的积蓄,其温度就会升高,而这是一个 非稳态传热,这与假定条件不符. 考虑如图所示由三层材料组成的无限大平壁,假定 个层面接触良好,接触面上具有均匀的温度,各层的温 度及厚度如图所示.
22
联立解得：
C1 t f 2 - t f1 1 1 h h 2 1
C2 t f 1 t f 2 - t f1 1 1 h1 h h 2 1
将积分常数代入式（10－46）即得温度分布：
1 x t f 2 - t f 1 t h 1 1 1 h1 h2 t f1
13
2013-7-25
讨论：
1. 关于夹层温度
在计算中我们仍假定了材料的导热系数为常数并 取其平均温度下的导热系数，而实际问题中知道的是 多层平壁的两个外表面温度，其它的温度并不知道， 即界面温度为未知，各层的导热系数又是温度的函数。 此时仅用上式计算是不够的，现一般是用试算法，是 一种逐步逼近得计算法。
∴导热微分方程为：
边界条件为： x =0，t= tw1 ； x=， t = tw2 上述微分方程是一二阶线性常微分方程，积分二次 得：
2013-7-25 4
t c1 x c2
式中： c1 、 c2 为积分常数，由边界条件（B· C） 确定。 将B· C代入得：
2013-7-25
8
•二 , 多层平壁的导热
工程中许多平壁并不是由单一的材料组成的而是 由多种材料组成的复合平壁.如工业炉中的炉墙就是由 耐火砖、绝热砖、金属护板等不同的材料组成的多层 平壁,由于各层平壁的的不同，它们的热阻亦是不同 的. 其求解方法可利用单层平壁的结果,即一维稳态时 通过各层平壁的热通量(热流量)处处相等. 如果通过第一层的热量大于第二层的热量,说明第 一层就有了热量的积蓄,其温度就会升高,而这是一个 非稳态传热,这与假定条件不符. 考虑如图所示由三层材料组成的无限大平壁,假定 个层面接触良好,接触面上具有均匀的温度,各层的温 度及厚度如图所示.
22
联立解得：
C1 t f 2 - t f1 1 1 h h 2 1
C2 t f 1 t f 2 - t f1 1 1 h1 h h 2 1
将积分常数代入式（10－46）即得温度分布：
1 x t f 2 - t f 1 t h 1 1 1 h1 h2 t f1
13
2013-7-25
讨论：
1. 关于夹层温度
在计算中我们仍假定了材料的导热系数为常数并 取其平均温度下的导热系数，而实际问题中知道的是 多层平壁的两个外表面温度，其它的温度并不知道， 即界面温度为未知，各层的导热系数又是温度的函数。 此时仅用上式计算是不够的，现一般是用试算法，是 一种逐步逼近得计算法。
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
冶金传输原理第2章流体静力学.ppt
平面壁上的压力
式中 A ydA yC A — —面积A对x轴的静力矩；
yC — —面积A的形心C到x轴的距离；
↓
2.6 静止液体对壁面作用力的计算
则上式可写为
P sin A ydA sinyCA hCA
即
P hCA (2.46)
式中 hC——面积A的形心C的液面下深度， 式（2.46）表明： 压力P为浸水面积与形心处的液体静压强的乘积。
等压面微分方程：
P 常数,dP 0, 即 Xdx Ydy Zdz 0
等压面示意图
对方程积分后得相互平行的一族等压面。 进一步可以证明质量力垂直于等压面（证明略）
p dx p dy p dz (Xdx Ydy Zdz)
x y z
2.4 流体静力学基本方程
2.4.1 静止流体中的压强分布规律
x
V为虚（负）压力体——Pz垂直向上
V
pz
z
2.6 静止液体对壁面作用力的计算
液体作用在曲面上的压力为 P Px2 Py2 (2.54)
压力的倾斜角为
arctan Pz (2.55)
Px
P的作用点（压力中心）D的确定：见图2.16
α
O'
图2-16 曲面上压力的方向及作用点
压力P的作用线通过Px与pz作用线的交点O’并与水平成成α角， 与曲面AB的交点D即为压力中心。
p p0 g(z0 z) p0 gh (2.30)
或 p p0 (z0 z) p0 h (2.31)
2.4.2 静力学方程的 能量意义与几何意义
z
pa
通大气
真空
B
D
Pa/γ
如下图所示，一个
盛水的容器，两侧开两
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.
Fluid
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
18.05.2020
.
15
§1.2 流体连续介质的假设
问题的引出：
微观：流体是由大量做无规则热运动的分子所组成， 分子间存有空隙，在空间是不连续的。
• Macroscale fluid mechanics is based on continuum model. But if the molecules are sparsely distributed relative to the length scale of the flow, assuming continuity of fluid and flow properties may lead to wrong results.
18.05.2020
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13
§1.1 流体的定义和特征
一、流体的定义
自然界物质存在的主要形态：固态、液态和气态
具有流动性的物体（即能够流动的物体）。
流动y性：在微小剪切力作用下会发生连续变形的特性。
流体包括液体和气体 Moving plate
u=V
t0 t1 t2
18.05.2020
Fixed plate
18.05.2020
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9
学习冶金传输原理的基本目的：
第一，深入理解各种传输现象的机理，为理解冶金 工艺过程奠定理论基础，对改进和优化各种冶金过 程和设备的设计、操作及控制提供理论依据；
第二，为将来所要研究和开发的冶金过程 提供基础数学模型，以此为基础，可以对冶金过程 进行模拟研究和控制，加速研发过程，降低研发成 本。
教材及参考书目：
1、冶金传输原理， 张先棹主编 冶金工业出版社 1995 2、冶金传输原理基础， 沈颐身 李保卫·吴懋林 著 冶金工业出版社
2000 3、传递现象， R. B. 博德 等著， 戴干策等译 化学工业出版社 2004 4、（工程）流体力学， 多种版本 5、传热学，周筠清编，冶金工业出版社 6、传热学，杨世铭 （及其他多种版本）等。
Copper mould
Product (Hot coil)
18.05.2020
Hot strip mill Slab .
C.C. machine
Water cooling
4
18.05.2020
.
5
高炉生产设备
18.05.2020
.
6
转炉炉口装料
转炉车间
18.05.2020
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7
钢铁工业是一个涉及物理化学过程的复杂流程（高温化学工业）。
宏观：一般工程中，所研究流体的空间尺度要比分子 距离大得多。
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16
Fluid Modeling A fluid can be modeled in one of two ways: as a collection of individual,
interacting molecules (Molecular Model) or as a continuum in which properties are defined to be continuous throughout space (Continuum Model).
2、为什么研究传输现象？ 提高化学反应速度和过程效率。
科学研究不断深入的需要。
问题：*如何搅拌高温钢水？（加料均匀分布和温度均匀） *转炉内钢水如何流动？动力何来？ *两船高速并行与两纸片间吹气的后果？ *等温室内条件下，为何冬天和夏天人的感觉不一？
3、冶金工业和生活中哪些是传输现象吗？
18.05.2020
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2
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。18.05.2020 Nhomakorabea.
3
钢铁冶金生产流程
Iron ore
Lime stone
18.05.2020
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1
冶金传输原理导论
（所有老师用统一课件PPT) 1、什么是传输现象？ （横向学科及其作用）
本课程的历史与地位：基础课、专业基础课（主干 课）三、传专：业传热课 传质 传动量----物理过程
传热学 传质学 流体力学 （无静力学） 温度场 浓度场 速度场 （设计，创新，改造，诊断等） 现象 = 三传一反 （物理+化学过程） 为化学反应输送所需。 还有没解决的问题：紊流，多相流等。
Coal
Sintering
B.F. gas
Converter gas
Oxygen
Blast
Hot Converter
furnace blast
Vacuum
Coke oven Coke oven gas
Torpedo car
Water cooling Water cooling
Bottom gas
Degasser Tundish er
特点：高温传热过程、多相反应、流体流动、物质扩散
冶金过程必然会涉及到以下现象： 1) 物料的加热过程，物料的冷却过程 2) 流体的流动状态、速度和流动动力 3) 物料扩散、搅拌及其均匀性
动量传输、热量传输、质量传输 （流体力学）（传热） （传质）
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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。
• Consider measuring the density of a fluid for a certain sampling volume of space.
第18.0三5.20，20 学习研究复杂过程和. 理论的方法。
10
冶金传输原理－动量传输部分
动量传输的研究对象是什么？
流动的 流体
何为“动量”？其与“动能”有何区别？
18.05.2020
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第一章 绪论
§1.1 流体的定义和特征 §1.2 流体作为连续介质的假设 §1.3 作用在流体上的力 表面力 质量力 §1.4 流体的密度 §1.5 流体的压缩性和膨胀性 §1.6 流体的粘性 §1.7 粘性动量通量
Fluid
x
u=0
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§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
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§1.2 流体连续介质的假设
问题的引出：
微观：流体是由大量做无规则热运动的分子所组成， 分子间存有空隙，在空间是不连续的。
• Macroscale fluid mechanics is based on continuum model. But if the molecules are sparsely distributed relative to the length scale of the flow, assuming continuity of fluid and flow properties may lead to wrong results.
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§1.1 流体的定义和特征
一、流体的定义
自然界物质存在的主要形态：固态、液态和气态
具有流动性的物体（即能够流动的物体）。
流动y性：在微小剪切力作用下会发生连续变形的特性。
流体包括液体和气体 Moving plate
u=V
t0 t1 t2
18.05.2020
Fixed plate
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学习冶金传输原理的基本目的：
第一，深入理解各种传输现象的机理，为理解冶金 工艺过程奠定理论基础，对改进和优化各种冶金过 程和设备的设计、操作及控制提供理论依据；
第二，为将来所要研究和开发的冶金过程 提供基础数学模型，以此为基础，可以对冶金过程 进行模拟研究和控制，加速研发过程，降低研发成 本。
教材及参考书目：
1、冶金传输原理， 张先棹主编 冶金工业出版社 1995 2、冶金传输原理基础， 沈颐身 李保卫·吴懋林 著 冶金工业出版社
2000 3、传递现象， R. B. 博德 等著， 戴干策等译 化学工业出版社 2004 4、（工程）流体力学， 多种版本 5、传热学，周筠清编，冶金工业出版社 6、传热学，杨世铭 （及其他多种版本）等。
Copper mould
Product (Hot coil)
18.05.2020
Hot strip mill Slab .
C.C. machine
Water cooling
4
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高炉生产设备
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转炉炉口装料
转炉车间
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钢铁工业是一个涉及物理化学过程的复杂流程（高温化学工业）。
宏观：一般工程中，所研究流体的空间尺度要比分子 距离大得多。
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Fluid Modeling A fluid can be modeled in one of two ways: as a collection of individual,
interacting molecules (Molecular Model) or as a continuum in which properties are defined to be continuous throughout space (Continuum Model).
2、为什么研究传输现象？ 提高化学反应速度和过程效率。
科学研究不断深入的需要。
问题：*如何搅拌高温钢水？（加料均匀分布和温度均匀） *转炉内钢水如何流动？动力何来？ *两船高速并行与两纸片间吹气的后果？ *等温室内条件下，为何冬天和夏天人的感觉不一？
3、冶金工业和生活中哪些是传输现象吗？
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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。18.05.2020 Nhomakorabea.
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钢铁冶金生产流程
Iron ore
Lime stone
18.05.2020
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冶金传输原理导论
（所有老师用统一课件PPT) 1、什么是传输现象？ （横向学科及其作用）
本课程的历史与地位：基础课、专业基础课（主干 课）三、传专：业传热课 传质 传动量----物理过程
传热学 传质学 流体力学 （无静力学） 温度场 浓度场 速度场 （设计，创新，改造，诊断等） 现象 = 三传一反 （物理+化学过程） 为化学反应输送所需。 还有没解决的问题：紊流，多相流等。
Coal
Sintering
B.F. gas
Converter gas
Oxygen
Blast
Hot Converter
furnace blast
Vacuum
Coke oven Coke oven gas
Torpedo car
Water cooling Water cooling
Bottom gas
Degasser Tundish er
特点：高温传热过程、多相反应、流体流动、物质扩散
冶金过程必然会涉及到以下现象： 1) 物料的加热过程，物料的冷却过程 2) 流体的流动状态、速度和流动动力 3) 物料扩散、搅拌及其均匀性
动量传输、热量传输、质量传输 （流体力学）（传热） （传质）
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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。
• Consider measuring the density of a fluid for a certain sampling volume of space.
第18.0三5.20，20 学习研究复杂过程和. 理论的方法。
10
冶金传输原理－动量传输部分
动量传输的研究对象是什么？
流动的 流体
何为“动量”？其与“动能”有何区别？
18.05.2020
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第一章 绪论
§1.1 流体的定义和特征 §1.2 流体作为连续介质的假设 §1.3 作用在流体上的力 表面力 质量力 §1.4 流体的密度 §1.5 流体的压缩性和膨胀性 §1.6 流体的粘性 §1.7 粘性动量通量