冶金传输原理(三传

传输原理在冶金工业中的应用在冶金工业中，大多数冶金过程都是在高温、多相条件下进行的复杂物理化学过程，同时伴有动量、热量和质量的传输现象。

在实际的冶金生产中，为使某一冶金反应进行，必须将参与反应的物质尽快地传输到反应进行的区域（或界面）去，并使反应产物尽快地排除。

其中最慢的步骤称为过程控制步骤或限制性环节。

高温、多相条件下的冶金反应大多受传质环节控制，即传质速率往往决定了反应速度，而传质速率往往又与动量和热量传输有密切关系。

传输原理是以物理学的三个基本定律（质量守恒定律、牛顿第二定律和热力学第一定律）为依据的【1】。

是动量传输、热量传输与质量传输的总称，简称“三传”或传递现象。

它可以看成是某物质体系内描述其物理量（如速度、温度、组分浓度等）从不平衡状态向平衡状态转移的过程。

所谓平衡状态是指在体系内物理量不存在梯度如热平衡是指物系内的温度各处均匀一致，反之则成为不平衡状态。

在不平衡状态，由于物系内物理量不均匀将发生物理量的传输，如冷、热两物体接触，热量将从高温物体转移到低温物体，直到两物体的温度趋于均匀，此时冷、热两物体即可达到平衡状态，其温度差就是热量传输的动力。

传输原理主要是研究传输过程的传递速率大小与推动力及阻力之间的关系。

其传输的物理量为动量、热量和质量。

动量传输是指在流体流动中垂直于流体流动方向，动量由高速度区向低速度区的转移；热量传输是指热量由高温区向低温区的转移；质量传输则是指物系中一个或几个组分由高浓度区向低浓度区的转移。

当物系中存在着速度、温度与浓度梯度时，则分别发生动量、热量和质量的传输过程。

传热即热量的传递，是自然界及许多生产过程中普遍存在的一种极其重要的物理现象【3】。

冶金过程离不开化学反应，而几乎所有的化学反应都需要控制在一定的温度下进行，为了维持所要求的温度，物料在进入反应器之前往往需要预热或冷却到一定程度，在过程的进行中，由于反应本身需要吸收或放出热量，又要及时补充或移走热量。

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)(。

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。

冶金传输原理的应用实例1. 概述本文将介绍冶金传输原理在实际应用中的一些实例，并探讨其在冶金领域中的重要性和应用前景。

2. 冶金传输原理冶金传输原理是指在冶金过程中，通过传输将物质从一个位置或状态转移到另一个位置或状态的基本原理。

冶金传输原理包括传质、传热和传动三个方面。

其中，传质是指物质的扩散和迁移过程，传热是指热量的传递过程，传动是指动力的传递过程。

3. 实例一：高炉冶炼过程中的冶金传输原理应用3.1 概述高炉冶炼是冶金过程中的一项重要工艺，其实质是将矿石经过还原反应，使金属氧化物还原为金属。

在高炉冶炼过程中，冶金传输原理起到了至关重要的作用。

3.2 应用实例•传质：高炉冶炼过程中，矿石中的金属氧化物通过还原反应转化为金属。

可以利用冶金传输原理，通过控制温度、气体流动和矿石粒度等参数，促进还原反应速度，提高金属的回收率。

•传热：在高炉冶炼过程中，需要提供高温环境，将矿石加热至足够的温度以实现还原反应。

通过合理设计高炉结构和加热装置，利用冶金传输原理，可以提高传热效率，降低能源消耗。

•传动：高炉冶炼过程中，需要持续供给燃料和矿石，并排出冶金产物。

通过冶金传输原理，可以设计合理的输送系统和排放系统，确保原料和产物的顺畅传输，提高冶炼效率。

4. 实例二：锻造工艺中的冶金传输原理应用4.1 概述锻造是一种常用的金属加工工艺，通过冶金传输原理，将金属加热至可塑状态，然后施加力量使其发生塑性变形，最终得到所需的形状和尺寸。

4.2 应用实例•传质：在锻造过程中，金属材料需要加热至可塑状态，以便进行塑性变形。

采用冶金传输原理，通过控制加热时间、加热温度和加热介质等参数，实现金属材料的均匀加热，提高锻造质量。

•传热：在锻造过程中，需要对金属材料进行加热和冷却处理，以控制其结构和性能。

利用冶金传输原理，可以设计合理的加热和冷却工艺，提高材料的热处理效果。

•传动：在锻造过程中，需要施加力量使金属材料发生塑性变形。

一、动量传输层流：流体质点在流动方向上分层流动，各层互不干扰和掺混，这种流线呈平等状态的流动称为层流表面力：作用于流体微元界面（而非质点）上的力，该力与作用面的大小成比例流体的流动型态分为层流和紊流作用于流体上的力是表面力和质量力两种不同流体的分界面一定是等压面动量传输方式有物性动量传输和对流动量传输黏性系数：表征流体变形的能力，由牛顿粘性定律所定义的系数，速度梯度为1时，单位面积上摩擦力的大小不可压缩流体：流体密度不会随压强改变而改变或该变化可忽略的流体速度边界层：在靠近边壁处速度存在明显差异的一层流体，即从速度为0到0.99倍的地方成为速度边界层理想流体：不存在黏性力或者其作用可以忽略的流体牛顿流体：符合牛顿粘性定律，流体剪切应力与速度梯度的一次方成正比的流体动量通量：单位时间通过单位面积的动量变化N/m2等压面：1等压面就是等势面2作用在静止流体中任一点的质量力必然垂直于通过该点的等压面3两种不同流体间的分界面一定是等压面流体流动的起因：自然流动、强制流动连续介质：将流体视为由连续不断的质点群构成;内部不存在间隙的介质流体微团（微元体法（精确解））：由质点组成的微小的流体单元控制体（控制体法（近似解））:流场中某一确定的空间区域，其周界称为控制面场：在空间中每点处都对应着某个物理量的精确值，在该空间存在该物理量的场附面层（边界层）：具有黏性的流体，流过固体表面时，由于流体的黏性作用在固体表面附近会形成具有速度梯度的一个薄层区域，此区域叫做附面层梯度：垂直于等值面，指向方向导数最大的方向流体动量传输的阻力损失：摩擦阻力和局部阻力流体流动的基本能量：动能、热能动量传输的实质：力和能量的传递相似理论：具有相同运动规律的同类物理现象作类似现象中，表征过程的同类各物理量之间彼此相似相似条件：1几何相似：两类现象各部分比例为常数2物理相似：物理过程相同，数学描述相同3初始条件和边界条件相似(包括几何和物理)相似的充要条件：相似常数存在，相似准数相等因次（量纲）：物理量单位的种类因此和谐原理：物理方程中各项的因此必须相等Π定理：Π=n-m n：物理量个数，m：基本因次个数Π：独立相似准数个数公式：二、热量传输薄材与厚材：不是指几何性质，而是物体内外温差较小或者趋近于0的是薄材，否则就是厚材热量传输的基本方式：导热、对流、辐射等温面：温度场中，同一瞬间相同温度各点构成的面傅克方程物理意义：包括导热和对流的一般性传热规律平壁和曲壁导热异同：平壁：单位面积热量不变。