冶金传输原理

优化《材料加工冶金传输原理》课程教学：青年教师的探索与实践摘要本文旨在优化青年教师的《材料加工冶金传输原理》课程教学。

通过分析现状和挑战，我们提出了多项优化设想，包括互动式教学、多媒体与数值模拟、多渠道互动和个性化指导、教学与科研融合。

关键词：青年教师材料加工冶金传输原理课程教学正文一、课程现状与问题分析1.1课程概况和作用《材料加工冶金传输原理》课程是材料控制与成型工程专业的重要基础理论课程。

该课程阐述了材料加工过程中动量、热量和质量的传输规律,是帮助学生掌握专业知识的基础。

本课程主要包含流体力学与传热学两个部分。

前者介绍流体流动的基本理律,如流体性质、流动规律与层流湍流等;后者探讨热传导、扩散与应力等热传播规律。

课程注重理论知识的系统学习,强调观察传输现象的微观机理。

课程的核心目的是帮助学生掌握动热质在加工中的基本概念与定律,并运用这些知识分析解决实际问题。

同时也培养学生分析与解难能力，为学生今后的专业学习及工程实践奠定基础。

1.2青年教师教学存在的主要挑战在《材料加工冶金传输原理》课程中,部分年轻教师由于高校长期重视科研,可能会将更多精力投入到研究工作中,相对忽视教学的重要性。

此外,由于对该课知识体系的掌握程度不同,一些青年教师在教学设计和内容选择上还需优化。

与此同时,由于教学经验相对不足,部分青年教师的教学方法单一,与学生的互动交流能力也需加强。

个别教师对该课理论知识和实践操作也需深入学习。

此外,部分教师缺乏工程实践背景,难以将课堂知识有机融入实际项目中。

以上问题的产生与青年教师个人特点以及高校人才培养机制等因素相关【1，2】。

只有深入分析这些问题,并采取相应措施,才能提升青年教师的教学水平,从而保证课程质量的提升。

二、提升教学质量的对策2.1优化教学内容体系当前,该课程部分内容与行业发展脱节,没有及时吸收新的成果和技术进步。

为提高实用性,可以将前沿理论和案例融入课程体系。

此外,案例分析和实践环节相对不足,难助学生将理论应用于实际。

《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。

动量传输：在垂直于流体实际流动的方向上，动量由高速度区向低速度区的转移；热量传输：热量由高温度区向低温度区的转移；质量传输：物系中一个或几个组分由高浓度区向低浓度区的转移；产生的原因：系统内部分别存在速度、温度和浓度梯度。

研究的方法：理论分析、数值计算、实验总结。

连续介质模型的目的：将反映宏观流体的各种物理量视为空间坐标的连续函数，可引用连续函数的解析方法来研究流体处于平衡和运动状态下的各物理参数间的数量关系。

流体的粘性：两相邻流体层发生相对运动时，在其接触面上存在一对等值反向的作用力，即快层对慢层的拖动力和慢层对快层的阻力（内摩檫力），流体的这种性质称流体的粘性。

流体及其特性（指液体与气体的共性和区别）；能够自由流动的物体，统称流体，如液体和气体。

共同特征：1.分子间的引力较小2.只能承受压力，不能承受拉力和切力；3.对缓慢变形不显示阻力，因此不存在静摩檫力。

区别：液体：具有一定的体积；有自由表面；不可压缩气体：体积不定；无自由表面；可以压缩粘性及其影响因素（温度、压力分别对液体、气体的影响）。

温度：液体：随温度的升高，粘度下降；气体：随温度的升高，粘度上升；压力：都升高质量力与表面力：1.作用于流体的质点或微元体的质量中心上,且与质量成正比的力。

2.作用于流体或分离体的表面上，且与表面积成正比的力。

静压力及其特性：总是沿作用面的内法线方向；大小与方位无关；等压面及其特性：静止流体中压力相等的各点组成的面（平面或曲面）。

（1）作用于静止流体中的任意一点的质量力必然垂直于通过该点的等压面；(2)两种流体处于平衡状态（静止）时，其相互接触且互不相混的流体的分界面必然是等压面；(3)流体只受重力作用时，等压面为平面；当有其它质量力存在时，等压面才可能是曲面。

绝压、表压、真空度：总压力:解决平面、曲面上液体压力问题；（压力体概念）流场、流线与迹线、稳定流与非稳定流：流场：充满运动流体的“空间”。

迹线：流场中流体质点在一段时间内运动的轨迹、流线：流场中流体质点的速度向量所构成的连线。

传输过程：物理量从非平衡状态朝平衡状态转移的过程动量传输：在垂直于实际流体流动方向上，动量由高速度区向低速度区的转移。

热量传输：是热量由高温区向低温区的转移。

质量传输：质量传输是指物系中的一个或几个组分由高浓度区向低浓度区的转移。

相对于固体，流体在力学上的特点：＊流体不能承受拉力；＊对于牛顿流体：切应力与应变的时间变化率成比例，而对弹性体（固体）来说，其切应力则与应变成比例。

＊固体只能以静变形抵抗剪切力，流体则连续变形，除非外力作用停止。

流体的粘性：在作相对运动的两流体层的接触面上，存在一对等值而反向的作用力来阻碍两相邻流体层作相对运动，流体的这种性质叫做流体的粘性。

由粘性产生的作用力叫做粘性阻力或内摩擦力。

流体中出现粘性的原因：由于分子间内聚力（引力）和流体分子的垂直流动方向热运动（出现能量交换）。

在液体中以前者为主，气体中以后者为主，所以液体的粘度随温度升高而减小，由于温度升高时分子间距增大，分子间引力减小；而气体的粘度则随温度的升高而增大，由于此时分子的热运动增强温度对粘度的影响，当温度升高时，液体的粘度降低，但是气体则与其相反，当温度升高时分子间的吸引力减小，粘度值就要降低；而造成气体粘度的主要原因是气体内部分子的杂乱运动的速度加大，速度不同的相邻气体层之间的质量和动量交换随之加剧，所以粘度值将增大。

牛顿流体:实际上，流体都具有粘性，凡流体在流动时，粘性力与速度梯度的关系都能用牛顿粘性定律全部气体和所有单相非聚合态流体(如水及甘油等)均质流体都属于牛顿流体。

理想流体是一种内部不能出现摩擦力，无粘性的流体，既不能传递拉力，也不能传递切力．它只能传递压力和在压力作用下流动，同时它还是不可被压缩的。

非稳定流:如果流场的运动参数不仅随位置改变，又随时间不同而变化;稳定流:如果运动参数只随位置改变而与时间无关;迹线定义：迹线就是流体质点运动的轨迹线迹线的特点是：对于每一个质点都有一个运动轨迹，所以迹线是一族曲线，而且迹线只随质点不同而异，与时间无关连续性微分方程：连续性微分方程的物理意义：流体在单位时间内流经单位体积空间输出与输入的质量差与其内部质量变化的代数和为零。

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。

冶金传输原理原理哎呀，冶金传输原理啊，这玩意儿听起来就挺高大上的，不是吗？不过别急，我尽量用大白话跟你聊聊这事儿，就像咱们俩坐在街边小摊儿上，边喝啤酒边聊天儿那样。

记得有一回，我去了一个钢铁厂参观，那地方可真是大啊，机器轰隆隆的，到处都是火花和铁水。

我站在那儿，看着那些巨大的熔炉，心里想，这玩意儿怎么就能把铁水从一个地方传到另一个地方呢？首先，你得知道，冶金传输这事儿，其实就是把高温的金属液体从一个地方挪到另一个地方。

这听起来简单，但做起来可不简单。

想象一下，你手里拿着一杯热咖啡，想把它从厨房端到客厅，这都得小心翼翼的，生怕洒了。

现在，把这杯咖啡换成几吨重的铁水，你就知道这事儿有多难了。

在钢铁厂里，他们用的东西叫“钢包”。

这玩意儿就像个大铁桶，但是特别结实，能耐得住高温。

工人们把熔化的铁水倒进这个钢包里，然后通过一个叫“钢包车”的东西，把钢包推到需要铁水的地方。

这个钢包车，就像超市里的购物车，但是它推的是几吨重的铁水，不是蔬菜水果。

我记得那天，我看着工人们操作，他们得非常小心，因为铁水的温度高达1500多度，一不小心，那可不是闹着玩的。

他们得确保钢包车平稳，不能翻车，也不能让铁水溢出来。

这就像是你端着一杯热咖啡，还得小心翼翼地绕过障碍物，不能洒出来。

到了目的地，他们就用一个叫做“浇注机”的东西，把铁水从钢包里倒出来。

这玩意儿就像个巨大的漏斗，但是它能把铁水精确地倒进模具里。

这个过程得非常精确，因为铁水一旦冷却，就定型了，如果倒得不准确，那做出来的产品就不合格。

我站在那里，看着铁水从钢包里缓缓流出，那种感觉真的很震撼。

铁水在模具里冷却，慢慢变成固体，这个过程就像是时间在倒流，看着一个东西从无到有，从液体变成固体。

所以，冶金传输原理，其实就是这么一个过程：把高温的金属液体安全、准确地从一个地方传输到另一个地方。

虽然听起来挺技术性的，但其实就跟我们日常生活中的一些小事儿差不多，比如端咖啡，只是规模和难度大了很多。