《传输原理》教学大纲

《传输原理》课程教学大纲

课程名称：传输原理课程编号：

学时/学分：40/2.5 开课学期：第5学期

适用专业：材料成型及控制工程课程类型：专业方向选修课

一、课程的目的和任务

本课程是材料成型及控制工程专业的专业方向选修课，它涵盖了流体力学、传热学及传质学课程的内容。本课程的目的和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质过程的基本理论。要求学生要掌握上述三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。

二、课程的基本要求

（1）了解动量传输、热量传输和质量传输在材料科学与工程中的作用；

（2）掌握动量传输、热量传输与质量传输的基本原理、研究分析方法和对材料制备与加工的影响；

（3）学会利用传输原理解释材料制备与加工中的一些现象。

三、课程基本内容和学时安排

第一章流体的主要物理性质（4学时）

1．内容：流体的概念及连续性假设；流体的基本物理性质，包括流体的密度、重度、比容和比重、流体的压缩性与膨胀性；流体的粘性，包括粘性的概念、牛顿粘性定律、温度和压强对流体粘性的影响、理想流体的概念。

2．要求：了解流体的主要物理特性，牛顿粘性定律。

第二章流体静力学（4学时）

1．内容：作用在流体上的力，包括质量力与表面力、流体静压力；流体静力学特性，包括静止流体的平衡方程及其积分、等压面、静止流体中的压强分布、流体静力学基本方程及其能量意义与几何意义、流体压强的测量、测压计的原理及应用；静力学计算，包括静止流体对壁面（平面壁与曲面壁）作用力的计算。

2．要求：掌握流体静力学特性、流体静力学基本方程及其意义；静止流体对壁面（平面壁与曲面壁）作用力的计算。

第三章流体动力学（6学时）

1．内容：基本概念，包括稳定流与非稳定流，迹线与流线，流管与流束，流量与平均流速；连续性方程，包括直角坐标系的连续性方程，一维总流的连续性方程；动量微分方程，包括理想流体的动量微分方程（欧拉方程），实际流体的动量微分方程（纳维尔—斯托克斯方程）；伯努利方程及其应用，包括理想流体的伯努利方程，实际流体的伯努利方程，伯努利方程的应用条件与毕托管原理；

2．要求：掌握流体动力学的基本概念；连续性方程、动量微分方程的导出和物理意义，伯努利方程及其应用。

第四章流动状态与能量损失（4学时）

1．内容：流体的流动状态，包括雷诺试验、流动状态的判据—雷诺数；圆管中的层流，包括速度分布、流量计算、沿程能量损失；圆管中的湍流，包括脉动现象与时均值的概念、

层流边界层、水力光滑管与水力粗糙管、湍流切向力与速度分布；局部阻力损失系数的确定，包括断面突然扩大的局部损失，其他类型的局部损失。

2．要求：掌握流动状态的判据—雷诺数及其应用，圆管中层流的速度分布，流量计算，沿程能量损失；了解圆管中湍流的脉动现象与时均值的概念，层流边界层，能够区分水力光滑管与水力粗糙管；利用局部阻力损失系数进行流体动力学计算。

第五章热量传输的基本概念（2学时）

1．内容：基本概念，包括温度场、等温面鱼等温线、温度梯度、热流量与热流密度；热量传输的基本方式与规律，包括导热，对流与辐射

2．要求：了解热量传输的基本概念，热量传输的基本方式与规律。

第六章导热（6学时）

1．内容：导热微分方程，包括微分方程式、初始条件与边界条件；一维稳态导热，包括平面壁的导热、圆柱壁的导热；非稳态导热，包括基本概念、一维非稳态导热。

2．要求：掌握导热微分方程及其初始条件与边界条件；一维稳态导热的计算问题，非稳态导热的基本概念，一维非稳态导热计算方法。

第七章对流换热（4学时）

1．内容：对流换热的基本形式，包括基本概念、牛顿冷却方式、换热系数的影响因素；对流换热的微分方程，包括连续性方程、动量微分方程、能量微分方程；相似原理及其在热量传输中的应用，包括相似的概念、相似准数、相似定律、相似模型分析与应用。

2．要求：掌握对流换热的基本概念，牛顿冷却方式，换热系数的影响因素；对流换热的微分方程的组成；了解相似的概念、相似准数和相似定律，相似模型分析应用。

第八章辐射换热（4学时）

1．内容：热辐射基础，包括热辐射的本质、特点、热辐射的基本概念、定律；热辐射的工程应用，包括灰体的的概念、辐射率的工程处理、两物体间的辐射热交换；

2．要求：掌握热辐射的本质、特点，掌握热辐射的基本概念、定律；了解灰体的的概念，辐射率的工程处理，两物体间的辐射热交换；

第九章质量传输的基本概念（2学时）

1．内容：质量传输的基本方式，包括扩散传质、对流传质、相间传质；基本概念，包括浓度、速度、传质通量。

2．要求：掌握质量传输的基本方式，质量传输基本概念；

第十章传质微分方程及其扩散传质（4学时）

1．内容：传质微分方程，包括方程的得出、方程的不同形式、定解条件；扩散传质，包括一维稳态扩散、等摩尔逆向扩散、单向扩散；非稳定扩散，包括忽略表面阻力的半无限大介质中的非稳定态扩散、简单几何形状物体中的非稳定态扩散及二维、三维非稳态扩散、影响扩散的因素；扩散的原子理论，包括间隙扩散机制、空位扩散机制。

2．要求：了解传质微分方程的得出，方程的不同形式，定解条件；掌握一维稳态扩散，等摩尔逆向扩散，单向扩散；了解非稳定扩散及其影响扩散的因素；了解扩散的原子理论中间隙扩散机制与空位扩散机制。

四、先修课程

在学习本课程前，应先修《高等数学》、《大学物理》、《物理化学》、《材料科学基础》等课程。

五、建议教材或参考书

1．教材：

吉泽升，朱荣凯，等.传输原理.哈尔滨工业大学出版社，2008

2．参考书：

[1] 吴树森.材料加工冶金传输原理.机械工业出版社，2002

[2] 莫乃榕.工程流体力学.华中科技大学出版社，2000

[3] 杨世铭.传热学.高等教育出版社，1998

[4] 闫小林.冶金传输原理.冶金工业出版社，2002

[5] 苏华钦.冶金传输原理.东南大学出版社，1989

[6] 梅帜.冶金传输过程原理.中南工业大学出版社，1987

[7] R.Byron Bird, et al..TRANSPORT PHENOMENA( Second Edition).化学工业出版社引进教材，2002

六、考核方式和要求

1.考核方式：笔试、闭卷

2.内容比例：流体的主要物理性质5%；流体静力学10%；流体动力学20%；流动状态与能量损失10%；热量传输的基本概念5%；导热20%；对流换热10%；辐射换热5%；质量传输的基本概念5%；传质微分方程及其扩散传质10%。

3.题型比例：判断题10%，填空题10%，选择题30%，计算题50%。

七、其他说明

1．本大纲的特点：

（1）本大纲根据材料成型及控制工程专业的要求，重点讲授动量传输、热量传输和质量传输三方面的内容。

（2）本课程将流体动力学、导热和扩散传质三部分内容做为重点。

2．教学法建议：

（1）借助具体实例，阐明抽象物理概念，以帮助学生理解并掌握基本概念。课程中的物理概念比较抽象，为了帮助学生理解这些抽象概念，我们在讲课时尽量变抽象为具体，以生活中的实例来帮助学生理解这些物理概念。

（2）辅以数学手段，讲清基本方程的建立，以培养学生的逻辑思维能力。程中的衡算方程较多，如连续性方程、N-S方程、F-K方程、质量平衡方程等，对于这部分内容，我们的总原则是讲清建立方程的前提条件、依据、方法、方程物理意义及应用。

（3）以两个“三结合”教学模式，帮助学生理解难点、掌握重点、学会应用。即对教学重点内容采取教师讲授、学生习题和习题讲解方式教学

（4）以学生为中心，从工程实际出发启发学生思维，以培养学生分析问题和解决问题的能力。每进行一章新的内容时，我们就针对生产实际而提出问题。为了解决这些实际问题，学生应该具备哪些理论知识，由此引出新的内容。

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