材料加工冶金傳輸原理課件緒論

材料加工冶金傳輸原理課件緒論第一頁(yè)，共29頁(yè)。其他參考教材：．蘇華欽主編，冶金傳輸原理，東南大學(xué)出版社，1989沈頤身、李保衛(wèi)、吳懋林著，冶金傳輸原理基礎(chǔ)，2000朱愛(ài)民，流體力學(xué)基礎(chǔ)，中國(guó)計(jì)量出版社，2004趙鎮(zhèn)南主編，傳熱學(xué)，高等教育出版社，2002J.R.威爾特等編著、馬紫峰、吳衛(wèi)生等譯，動(dòng)量、熱量和質(zhì)量傳遞原理第一頁(yè)第二頁(yè)，共29頁(yè)。課程性質(zhì)

該課是材料工程類專業(yè)基礎(chǔ)課程。其特點(diǎn)是運(yùn)用到較多高等數(shù)學(xué)方面知識(shí)，課程難度較高，該課與冶金熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)、金屬學(xué)共同構(gòu)成專業(yè)基礎(chǔ)核心課程。第二頁(yè)第三頁(yè)，共29頁(yè)。序號(hào)知識(shí)點(diǎn)課內(nèi)講授教學(xué)各環(huán)節(jié)備注實(shí)驗(yàn)上機(jī)設(shè)計(jì)1第一章緒論2

2第二章流體的性質(zhì)2

3第三章流體動(dòng)力學(xué)6

4第四章層流運(yùn)動(dòng)及湍流運(yùn)動(dòng)

4

5第五章邊界層理論

2

6第六章材料加工中的特殊流體流動(dòng)

2

7第七章相似理論與量綱分析

2

8第八章熱量傳輸?shù)幕靖拍?/p>

2

9第九章導(dǎo)熱

6

10第十章對(duì)流換熱

4

11第十一章輻射換熱4

12第十二章材料加工中的熱量傳輸2

13第十三章質(zhì)量傳輸基本概念和傳質(zhì)微分方程4

14第十四章分子傳質(zhì)4

15第十五章對(duì)流傳質(zhì)2

合計(jì)48

第三頁(yè)第四頁(yè)，共29頁(yè)。一、什么是傳輸過(guò)程？

傳輸過(guò)程是動(dòng)量傳輸、熱量傳輸、質(zhì)量傳輸過(guò)程的總稱，簡(jiǎn)稱“三傳”或者“傳遞現(xiàn)象”。是工程技術(shù)領(lǐng)域中普遍存在的物理現(xiàn)象。緒論

動(dòng)量傳輸：垂直于流體流動(dòng)的方向上，動(dòng)量由高速度區(qū)向低速度區(qū)的轉(zhuǎn)移。熱量傳輸：熱量由高溫度區(qū)向低溫度區(qū)的轉(zhuǎn)移。質(zhì)量傳輸：物系中一個(gè)或幾個(gè)組分由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)的轉(zhuǎn)移。第四頁(yè)第五頁(yè)，共29頁(yè)。傳輸現(xiàn)象：普遍存在于金屬熱態(tài)成形過(guò)程與冶金過(guò)程，這些過(guò)程都是在高溫下進(jìn)行、并且常有氣、液、固等多相參與，過(guò)程中必然伴隨著各種物質(zhì)傳遞或者熱量傳遞等物理過(guò)程。例如：鋼鐵冶金過(guò)程中的高爐煉鐵、轉(zhuǎn)爐煉鋼、鐵水脫硫都是一個(gè)高溫化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。如何實(shí)現(xiàn)高溫？如何實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)？此外，傳輸現(xiàn)象還存在于制冷工程、機(jī)械工程、生物化學(xué)工程及環(huán)境工程等領(lǐng)域。第五頁(yè)第六頁(yè)，共29頁(yè)。

合金熔煉過(guò)程中組分的混合沖天爐熔煉中焦炭的燃燒熱處理過(guò)程中組分的擴(kuò)散合金液充型過(guò)程散熱、鑄件的冷卻及組分的再分配異質(zhì)合金焊接及焊接過(guò)程熱傳導(dǎo)材料加工過(guò)程中的傳輸現(xiàn)象：第六頁(yè)第七頁(yè)，共29頁(yè)?！叭齻鳌钡穆?lián)系：動(dòng)量、熱量、質(zhì)量三種傳輸過(guò)程有其內(nèi)在的聯(lián)系，三者之間有許多相似之處，在連續(xù)介質(zhì)中發(fā)生的“三傳”現(xiàn)象有共同的傳遞機(jī)理。在實(shí)際工程中，三種傳輸現(xiàn)象常常是同時(shí)發(fā)生的。第七頁(yè)第八頁(yè)，共29頁(yè)。為什么把“三傳”放在一起作為一個(gè)整體：①“三傳”具有共同的物理本質(zhì)：都是物理過(guò)程。②“三傳”具有類似的表述方程和定律。③在實(shí)際金屬熱態(tài)成形過(guò)程中往往包括有兩種或兩種以上傳輸現(xiàn)象，它們同時(shí)存在，又相互影響，是一個(gè)有機(jī)的整體。第八頁(yè)第九頁(yè)，共29頁(yè)。第九頁(yè)第十頁(yè)，共29頁(yè)。傳輸過(guò)程的本質(zhì)：傳輸過(guò)程是物質(zhì)或能量從非平衡態(tài)到平衡態(tài)轉(zhuǎn)移的物理過(guò)程。是某物質(zhì)體系內(nèi)描述體系的物理量（如溫度、速度、組分濃度等）從不平衡狀態(tài)向平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)移的過(guò)程。平衡態(tài)概念——是指體系內(nèi)物理量不存在梯度。例如熱平衡是體系內(nèi)的溫度各處均勻一致。不平衡態(tài)概念——是體系內(nèi)物理量存在梯度，這時(shí)物系內(nèi)的物理量不均勻，就會(huì)發(fā)生物理量的傳輸。第十頁(yè)第十一頁(yè)，共29頁(yè)。二、傳輸原理主要研究什么？

傳輸原理主要研究傳輸過(guò)程的傳遞速率大小與傳遞推動(dòng)力及阻力之間的關(guān)系。

第十一頁(yè)第十二頁(yè)，共29頁(yè)。三、《材料加工冶金傳輸原理》課程的主要任務(wù)：

學(xué)習(xí)研究金屬在熱態(tài)成形過(guò)程中經(jīng)常遇到的動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳輸?shù)幕驹?，以及結(jié)合實(shí)際的應(yīng)用實(shí)例。第十二頁(yè)第十三頁(yè)，共29頁(yè)。金屬加工成形的分類：

熱態(tài)成形——金屬的成形過(guò)程，是在較高溫度狀態(tài)下，通過(guò)高溫手段，使金屬成形。冷態(tài)成形——金屬在常溫下，使金屬成形。如：切削、沖壓、拔絲。金屬熱態(tài)成形的四種工藝（“三傳”現(xiàn)象廣泛存在）1.鑄造：液態(tài)(或固液態(tài))金屬——注入模具中——降溫、凝固。2.鍛壓：金屬加熱至塑性變形抗力小、但是仍然為固體的狀態(tài)，采用鍛打、 加壓手段，而獲得一定的形狀的工藝方法。3.焊接：焊接是通過(guò)加熱、加壓，或兩者并用，用或者不用填充材料，使兩工 件產(chǎn)生原子間結(jié)合的加工工藝和連接方式。

4.熱處理：熱處理就是將工件通過(guò)熱處理（高溫加熱，冷卻速度不同）達(dá)到調(diào)整材 質(zhì)（如基體組織發(fā)生變化，硬度發(fā)生變化），以及削除應(yīng)力。金屬加工成形的分類第十三頁(yè)第十四頁(yè)，共29頁(yè)。流體力學(xué)（Hydrodynamics）研究動(dòng)量傳輸

主要研究在各種力的作用下，流體本身的靜止?fàn)顟B(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；以及流體和固體界壁間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的相互作用和流動(dòng)規(guī)律。

傳熱學(xué)（HeatTransfer

）：研究熱量傳輸

主要研究不同溫度的物體，或同一物體的不同部分之間熱量傳遞的規(guī)律。

傳質(zhì)學(xué)（MassTransfer

）：研究質(zhì)量傳輸 主要研究質(zhì)量傳遞的有關(guān)理論。四.研究傳輸原理需要三門學(xué)科第十四頁(yè)第十五頁(yè)，共29頁(yè)。熱態(tài)成形過(guò)程中的傳輸現(xiàn)象舉例：（1）.金屬液體的流動(dòng)（鑄液填充型腔）（2）.氣體的流動(dòng)（砂型氣體溢出，爐加熱，爐氣運(yùn)動(dòng)等）（3）.金屬件內(nèi)部之間、金屬件與周圍介質(zhì)之間熱量交換和物質(zhì)轉(zhuǎn)移現(xiàn)象（加熱過(guò)程，熱交換，滲炭，滲氮，元素再分布）研究動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳輸現(xiàn)象的意義：以上的現(xiàn)象都屬于動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳輸現(xiàn)象。不同的傳輸情況對(duì)金屬熱態(tài)成形過(guò)程和最后得到的金屬件質(zhì)量有很大影響。研究意義就在于此。五.熱態(tài)成形過(guò)程中傳輸現(xiàn)象以及研究動(dòng)量、熱量、 質(zhì)量傳輸現(xiàn)象的意義第十五頁(yè)第十六頁(yè)，共29頁(yè)。動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳輸（傳遞）過(guò)程的速率。

研究對(duì)象理論研究實(shí)驗(yàn)研究數(shù)值計(jì)算簡(jiǎn)單問(wèn)題復(fù)雜問(wèn)題研究方法第十六頁(yè)第十七頁(yè)，共29頁(yè)。1、內(nèi)容深要求學(xué)生課前預(yù)習(xí)。2、課上認(rèn)真聽(tīng)講。3、課后復(fù)習(xí)、總結(jié)。4、多練習(xí)，多作習(xí)題。六：幾點(diǎn)說(shuō)明第十七頁(yè)第十八頁(yè)，共29頁(yè)。動(dòng)量、熱量與質(zhì)量傳輸?shù)念愃菩缘谑隧?yè)第十九頁(yè)，共29頁(yè)。0.1牛頓粘性定律0.1牛頓粘性定律vv慢層快層V+dvvdvττ

兩個(gè)作直線運(yùn)動(dòng)的流體層之間的切應(yīng)力y第十九頁(yè)第二十頁(yè)，共29頁(yè)。τ的另一物理意義將τ的單位作如下變化0.1牛頓粘性定律第二十頁(yè)第二十一頁(yè)，共29頁(yè)。

當(dāng)τ作動(dòng)量通量理解時(shí)，可以將式（0-1）改寫為

“—”號(hào)表示動(dòng)量通量的方向與速度梯度的方向相反，即動(dòng)量朝速度降低的方向傳遞。0.1牛頓粘性定律第二十一頁(yè)第二十二頁(yè)，共29頁(yè)。0.2傅立葉定律0.2傅里葉定律導(dǎo)熱示例圖x室內(nèi)室外墻

在均勻的各向同性材料內(nèi)的一維溫度場(chǎng)中，通過(guò)導(dǎo)熱方式傳遞的熱流密度為第二十二頁(yè)第二十三頁(yè)，共29頁(yè)。

“-”號(hào)表示熱量傳遞的方向（熱量通量）與溫度梯度方向相反。0.2傅里葉定律第二十三頁(yè)第二十四頁(yè)，共29頁(yè)。0.3菲克定律.0.3費(fèi)克定律鋼的表面滲碳

對(duì)兩組分系統(tǒng)，通過(guò)分子擴(kuò)散傳遞的組分A的質(zhì)量通量密度為

“—”號(hào)——質(zhì)量通量的方向與濃度梯度的方向相反，即組分A

朝著濃度降低的方向傳遞。第二十四頁(yè)第二十五頁(yè)，共29頁(yè)。0.4三種傳輸現(xiàn)象的普遍規(guī)律(類比關(guān)系）對(duì)比（0-2）、（0-4）、（0-5）式有：0.4三種傳輸現(xiàn)象的普遍規(guī)律（1)通量＝－擴(kuò)散系數(shù)×濃度梯度（各自量的濃度梯度）；(3)“－”號(hào)意義相同,即通量與濃度梯度方向相反。第二十五頁(yè)第二十六頁(yè)，共29頁(yè)?！砻嫔希菏侨N完全不同的現(xiàn)象。宏觀上：可用同一類型的方程描述。三個(gè)基本定律形式相同。

微觀上：本質(zhì)上都是分子、原子等運(yùn)動(dòng)及微團(tuán)的脈動(dòng)。