冶金传输原理

材料加工冶金传输原理一、材料加工材料加工是用各种方法（如机械、热、化学、电等）改变材料的形态、组织、结构和性能的过程。

主要分为塑性加工、切削加工、焊接、热处理等几种。

塑性加工是利用金属材料可塑性变形的特性，通过变形使其得到所需形状、尺寸和性能的过程。

常见的塑性加工方法有锻、挤压、拉伸等。

锻造是利用重锤、压力机等装置对金属材料进行加工的过程；挤压则是利用挤压机对材料进行轴向挤压得到所需的截面形状和尺寸；拉伸则是利用拉伸机将金属材料拉长而得到所需的形状。

切削加工是通过将金属材料的形状、尺寸、表面粗糙度、轮廓等进行切除，从而得到所需的形状、尺寸和性能的过程。

常见的切削加工方法有车削、铣削、钻削等。

车削是利用车床将金属材料旋转进行切除的过程；铣削则是利用铣床进行平面上的加工和修整；钻削则是利用钻床进行孔的加工。

焊接是通过固化剂的作用，将金属材料在高温或者高压的条件下进行接合的过程。

常见的焊接方法包括电弧焊、气焊、激光焊等。

热处理则是通过加热金属材料到一定温度，进行保温和冷却，改变金属组织结构从而改变其性能的过程。

常见的热处理方法包括退火、正火、淬火等。

二、冶金冶金是对金属资源进行提取、加工和利用的过程。

包括选矿、冶炼、铸造、加工等几个环节。

选矿是将含金属矿石中的金属元素和有用矿物从其它无用的矿物中进行分选的过程。

常见的选矿方法有重选、浮选等。

冶炼是将选出的含金属矿石通过热加工或者化学反应将其提炼出来的过程。

常见的冶炼方法有火法冶炼、湿法冶炼等。

铸造则是用熔融的金属材料通过铸造工艺在合适的模具内进行凝固而得到所需的形状和尺寸的过程。

常见的铸造方法有压铸法、砂型铸造法、永久模铸造法等。

加工则是对金属材料进行塑性加工和切削加工等的过程。

常见的加工方法与上述相似。

三、传输原理传输是指物体或物质在空间中向某一方向运动的过程。

而传输原理是指在某种条件下物质传递的规律、原理和机制。

材料加工和冶金的过程中，传输原理起到了至关重要的作用。

*场：在空间中每点处都对应着某个物理量的确定值，在该空间就存在着该物理量的场。

*马赫数：当地声速的倍数。

M=u/u.*角度系数：空间任意两表面辐射传热时，一表面发射的辐射能不会全部投射到二表面，把一表面发射出的辐射总能量中投射到二表面的能量所占的百分数叫一表面对二表面的角度系数。

*托：压力单位，等于133.32帕，为0度和标准重力下1毫米汞柱的压力。

*态：物理量对时间的导数等于零为稳态，不等于零为非稳态。

*因次：按物理含义分类物理量，所分成的类别就称为量的因次。

*流体分了层流和湍流，雷诺准数Re=duρ/μ(μ为流体动力黏度，d 为圆管内径)。

当Re<2300时，层流。

Re>4000时，湍流，2300<Re<4000形态不稳定为过渡流。

物理意义：表征惯性力与粘性力之比，是流态的判断标准。

*傅里叶准数Fo=at/L^2 a为物体热量传输系数，L为物体定型尺寸。

物理意义：表征不稳态传热趋于稳态的程度，或者说是不稳态传热进行的时间与由不稳态传热达到稳态所用的时间之比。

*温差较小或趋近于零者称为薄材，否则视为厚材。

Bi=hL/入h为介质和物体间的表面传热系数，,L为物体的定型尺寸,λ 为物体导热系数。

Bi小物体内部热阻小导热能力强物体温度均匀Bi大物体外部热阻小物体表面温度和介质温度越接近物体内外温差越大。

Bi<0.25为薄材，Bi>0.5为厚材，0.25和0.5之间根据被加热材料的种类和形状而定。

*温度梯度：温度场中任意一点沿等温面法线方向的温度增加率。

*施伍德准数：Sh=kd/D （d管道内径，D流体扩散系数，k对流传质系数）。

物理意义：反应浓度对传质系数的影响。

*因次分析是研究物理现象，确定过程相似准数的另一种有效方法，它是通过将变量组合成无因次数群，以减少实验自变量的个数，从而大大减少实验次数的实验研究方法。

*动量传输分为物性动量传输和对流动量传输。

物性动量传输由流体分子运动所产生的黏性作用而产生，取决于流体的黏性。

材料加工冶金传输原理材料加工冶金传输原理是指在材料加工和冶金工艺中，通过传输原理实现材料的加工、转运和处理过程。

传输原理是指材料在加工过程中的输送、转移、分配和控制，包括力学传输原理、热传输原理和质量传输原理等。

本文将从这几个方面详细介绍材料加工冶金传输原理的相关知识。

力学传输原理是指在材料加工和冶金过程中，材料的输送、转移和分配所涉及的力学原理。

力学传输原理主要包括流体力学、固体力学和材料力学等内容。

在材料加工过程中，流体力学的应用非常广泛，例如在液态金属的输送和流动控制中起着重要作用；而固体力学则主要应用于材料的挤压、拉伸和压缩等加工过程；材料力学则涉及材料的力学性能和变形特性等方面。

通过力学传输原理的应用，可以实现材料的精确加工和高效转运。

热传输原理是指在材料加工和冶金过程中，材料的热能传输和热平衡所涉及的热力学原理。

热传输原理主要包括传热、传质和相变等内容。

在材料加工过程中，传热原理的应用非常重要，例如在熔炼、淬火和热处理等工艺中需要控制材料的温度分布和热量传递；传质原理则涉及材料中物质的扩散和迁移过程；相变原理则涉及材料的凝固、晶化和相变等现象。

通过热传输原理的应用，可以实现材料的精确加热、快速冷却和晶粒控制。

质量传输原理是指在材料加工和冶金过程中，材料的组分传输和质量平衡所涉及的化学原理。

质量传输原理主要包括物质传递、反应动力学和表面扩散等内容。

在材料加工过程中，物质传递原理的应用非常重要，例如在金属的溶解、析出和合金化等过程中需要控制材料中各种元素的含量和分布；反应动力学则涉及材料中化学反应的速率和平衡；表面扩散则涉及材料的表面吸附和扩散过程。

通过质量传输原理的应用，可以实现材料的精确控制和组分调整。

综上所述，材料加工冶金传输原理是材料加工和冶金工艺中的关键技术之一，通过力学传输原理、热传输原理和质量传输原理的应用，可以实现材料的精确加工、高效转运和质量控制。

在未来的发展中，随着科学技术的不断进步，材料加工冶金传输原理将发挥越来越重要的作用，为材料工程和冶金工艺的发展提供更加可靠的理论和技术支持。

《冶金传输原理》教学大纲一课程简介课程编号：01014007-08课程名称：冶金传输原理（1-2）Principles of Transfer in Metallurgy课程类型：专业基础课（必修）学时：80 （12学时试验、6学时上机）学分： 5开课学期：4~5开课对象：冶金工程专业本科先修课程：高等数学、普通物理、计算机语言参考教材：《冶金传输原理》张先棹、冶金工业出版社、1991.11二课程性质、目的与任务《冶金传输原理》是冶金工程专业的一门重要的专业基础必修课程。

该课程的教学目的是要求学生掌握冶金传输过程的基础概念、基本理论。

本课程的任务是通过该课程的教学，使学生运用基本知识分析冶金过程，深入了解复杂的冶金反应过程中各因素的影响机理，从而为改进冶金工艺操作和设备、提高控制和设计水平打下基础，同时为冶金反应过程提供物理模型和数学模型，学习计算机求解的基本方法。

三教学基本内容与基本要求《冶金传输原理》课程主要内容有：动量传输、热量传输和质量传输三大部分，并介绍了三者的类似机理、相互关联的关系；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。

通过本课程学习，要求学生掌握冶金传输过程的基本理论，为“钢铁冶金学”专业课的学习打下较坚实的基础，培养学生分析冶金过程的问题和解决冶金过程问题的能力。

四教学内容及学时分配课程内容教学要求重点(☆)难点(Δ)学时安排备注第一章动量的传输基本概念4第4学期1.1 流体及连续介质 A1.2 流体的性质 A1.3 粘性动量通量、粘性力 A ☆Δ1.4 分析作用在流体上的力 C第二章第二章流场运动的描述 42.1流场运动描述的两种方法 C2.2 流线与迹线 B课程内容教学要求重点(☆)难点(Δ)学时安排备注2.3梯度、散度、旋度 B2.4 流函数、势函数 B2.5流体微团运动分析 B第三章第三章动量传输的基本方程6 2.1 连续性方程 A ☆2.2 实际流体的动量传输方程(N-S方程) A ☆Δ2.3 理想流体的欧拉方程 A2.4 伯努利方程 A ☆第四章第四章管道中的流动及孔口的流出 5 3.1管道中的流动 A3.2不可压缩流体的管流摩擦阻力 A ☆Δ3.3不可压缩流体的管流局部压力损失 B3.4管路计算 B3.5经过孔口的流出 C第五章边界层流动 4 5.1边界层的概念 A ☆5.2平板绕流摩擦阻力 A ☆Δ5.3绕流阻力和颗粒沉降速度 C第六章可压缩气体的流动 5 6.1 可压缩气体的概念 A ☆6.2 可压缩气体（理想气体）一元稳定等熵流动的基本方程A Δ6.3 一元稳定等熵流动的基本方程特性 A ☆6.4 变截面喷管中气流的变化特征 B6.5 渐缩喷管与拉瓦尔喷管 B6.6 激波 C第七章相似原理与模型研究方法 4 7.1相似的概念 A7.2对现象的一般数学描述及单值条件 B7.3相似定理——相似三定理 A ☆7.4相似准数 A Δ课程内容教学要求重点(☆)难点(Δ)学时安排备注7.5相似模型法 C第八章传热的基本方程 6 第5学期8.1基本概念 A8.2 热量传输的基本方式和基本定律 A ☆8.3 热量传输的微分方程 A ☆Δ8.4 初始条件和边界条件 A第九章导热89.1 稳态导热 A Δ9.2 不稳态导热 A ☆Δ9.3 导热的数值解法 A ☆第十章对流 610.1 对流给热的一般分析 A10.2平板层流给热的分析解法 A ☆Δ10.3层流边界层的近似积分解 B Δ10.4动量传输和热量传输的类比方法 B10.5相似理论指导下的实验方法 B第十一章辐射换热 611.1 基本概念 A11.2 黑体辐射的基本定律 A ☆Δ11.3 实际物体的辐射 A ☆11.4角系数 A ☆Δ11.5 两表面间的辐射换热 A11.6 辐射的网格方法 A11.7气体辐射 C第十二章质量传输 412.1质量传输的基本定律 A ☆Δ12.2 扩散传质 A ☆12.3 对流传质 A ☆Δ12.4 三传的类比 B（教学要求：A—熟练掌握；B—掌握；C—了解）五实习、实验项目及学时分配实验：（12学时）1．流体流速及流量测定，2学时2．流体动量平衡-伯努利方程的应用，2学时3．边界层特性实验，2学时4．空气纵掠平板时局部换热系数的测定，2学时5．空气纵掠平板时流动边界层和热边界层的测量，2学时6．法向辐射率εn的测量，2学时上机内容：（6学时）1．二维稳态导热的数值计算（第一类边界条件），2学时2．二维稳态导热的数值计算（第二类、第三类边界条件），2学时3．一维不稳态导热的数值计算（第二类、第三类边界条件），2学时六教学方法与手段理论教学、上机实习、实验教学、多媒体教学七参考书目1.《TRANSPORT PHENOMENA》(Second Edition) R.Byron Bird Warren E.StewartEdwin N.Lightfoot 、化学工业出版社、2002.82 动量、热量、质量传递原理[美]J.R.威尔特等北京：科学科学出版社，19843 计算流体力学吴子牛，北京：科学出版社，2001八大纲编写的依据与说明本课程教学大纲，是根据冶金工程专业本科生培养目标与要求，结合本课程的性质、教学的基本任务和基本要求，经过院教学委员会审定后编写的。

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。

冶金传输原理复习大纲第一篇动量传输动量传输的研究对象：流体。

研究内容：流体的运动和平衡规律。

一基本概念1．流体：流体是一种受任何微小剪切应力作用能持续变形的一种物质2．流体的粘性：流体内部各流体微团之间发生相对运动时，流体内部会产生摩擦力（即粘性力）的性质。

（与固体外表面接触时）或流体在流动或变形时，其本身所具有的阻碍流动或变形的性质；流体的粘度：衡量流体粘性大小的物理量;可压缩性：流体的体积随压力变化而变化的属性称为流体的压缩性；不可压缩性：当流体的压缩性对所研究的流动影响不大，可忽略不计时，这种流体称为不可压缩流体，反之称为可压缩流体。

3．理想流体: 粘性为0的流体（实际并不真正存在）实际流体: 具有粘性的流体4．流体压强及表示方法（绝对压强，表压）压强：垂直作用于单位面积流体上的压力，称为压强。

压强表示方法：一个标准大气压的精确值为101.325Pa，它是指一个标准大气压比绝对零压高101.325Pa。

绝对压强：凡是用绝对零压作起点计算的压强，称为绝对压强。

表压：一般测压仪都是测定相对压强，故相对压强又称为表压强。

5．作用于流体上的力：表面力，体积力（质量力）A 表面力如法向力（压力），切向力（粘性力）表面力的大小与其表面积的大小呈正比，是作用在表面上的力。

B体积力（质量力）如重力、惯性力、电磁力等质量力的大小与其质量的大小呈正比，它可以远距离作用在流体内部的每一个质点上。

故称远程力。

6．流体流动的起因及分类：自然流动：无外力作用，由于流体本身的性质导致的流动。

(河水，风…）强制流动：在外力作用下产生的流体的流动。

（自来水管，水泵…）7．速度场、速度梯度、边界层，稳态流动及非稳态流动速度场：速度在空间和时间上的分布状态。

速度梯度：垂直于流体运动方向的速度变化率，或称速度梯度。

边界层：受固体壁面的影响速度急骤变化的区域0≤y≤δ(x)为边界层稳态流动：在流体的任何空间点处，流体的速度即其他物理量均不随时间而改变，仅与这些点的空间位置有关，即u = f（x，y，z）…∂u/∂τ= 0…非稳态流动：在流体的任何空间点处，流体的速度和其他物理量只要有一项随时间而改变，这是运动要素就不仅与这些点的空间位置有关，而且与时间有关，即u = f（x，y，z，τ）…∂u/∂τ≠0…8．动量通量的概念及计算公式动量通量：单位时间通过单位面积的动量量，称为动量通量。

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。