材料加工冶金传输原理课件绪论
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材料加工冶金传输原理完整(吴树森)ppt课件
即
vx y
y0 0 .3 3 2 0 6 v
v x
即
0
vx y
y 0 0 . 3 3 2 v
v x
总 摩 阻 D : (b为 板 宽 )
L
D 0 d A b 0 d x 0 . 6 6 4 v b R e L
A
0
总 阻 力 系 数 :C d :
Cd
D
0
.5
v
2
A
1 .3 2 8
边界层理论的物理意义：
把绕流物体流动分为两个部分，即边界层的流动和势流流
动，主流区流动未受到固体壁面的影响，不发生切变，
故
这种无切变，不可压缩流体的流动称为势流。
4.1.2 边界层的流yx 态0
层流边界层：开始进入表面的一段距离，δ较 小，
流体的扰动不够发展，粘性力起主导作用。
17.05.2020 .
vy
vx y
1
P x
2vx y 2
平板表面边界层
Q
P y
0
又 势 流 区 vx
v,无 压 力 降 ,依
流 体 柏 努 利 方 程 ,故 有 平 板 表 面 P 0 x
17.05.2020 .
6
4.2.2 微分方程的解:
vx
vx x
vy
vx y
2v x y 2
vx vy 0 x y 布 拉 修 斯 对 上 方 程 组 引 入 流 函 数 ( x, y ),将 偏 微 分 方程化为可解的常微分方程
3
过渡区：随x的增大， δ也增大，惯性力作用 上升，层→湍转变为过渡区
湍流边界层：靠近平板表面，粘性力仍处于主导地位 （y=0,vx=0)有一定厚度的层流表层在湍流边界层内，距 离面板远处的流体，虽流速略小于vx,但已变得较大，并 为湍流，称其为湍流核心区。
冶传1～5章
（m2/s）
四、温度和压力对粘度的影响
液体：随温度的升高，粘度下降； 温度： 气体：随温度的升高，粘度上升；
?
•水的粘度系数：
1.775 106 1 0.0387 T 0.000221 T
2
0℃以上的气体粘度系数：
C
273 C T 0 ( ) T C 273
3 2
只能承受压力，不能承受拉力和切力 对缓慢变形不显示阻力,故不存在静摩擦力
区 别
液体：具有一定的体积；有自由表面；不可压缩(分子间 距与分子有效直径几乎相等)。 气体：体积不定；无自由表面；可以压缩(分子间距与分 子有效直径相差很大) 。
f
二、连续介质模型(宏观流体模型)
欧拉1753年首先提出
模型的含义: 忽视流体微观结构的分散性, 将流体看成是由无限多个 流体质点或微团组成的密集而无间隙的连续介质。 ------------------------假定了流体的稠密性和连续性 提出该模型的目的: 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。
常见流体的密度和重度
流体 名称 蒸馏水 水 银 酒 精 石 油 液态铁 液态铝 空 气 温度 重度 密度 （℃） （kg/m3） （N/m3） 4 0 15 15 1200 720~810 0 1000 13600 9810 133400 流体 名称 氧 氮 氢 温度 重度 密度 （℃） （kg/m3） （N/m3） 0 0 0 0 0 0 0 1.429 1.251 0.0899 1.250 1.976 2.027 0.716 14.02 12.28 0.881 12.27 19.40 29.10 7.02
材料加工冶金传输原理课件(吴树森)
用翼栅及高温，化学， 用翼栅及高温，化学，多相流动理论成功设 计制造大型气轮机，水轮机， 计制造大型气轮机，水轮机，涡喷发动机等动力 机械， 机械，为人类提供单机达百万千瓦的强大动力 。
气轮机叶片
大型水利枢纽工程，超高层建筑， 大型水利枢纽工程，超高层建筑，大跨度桥 梁等的设计和建造离不开水力学和风工程。 梁等的设计和建造离不开水力学和风工程。
50～60年代又改进为船型，阻力系数为0.45。
80年代经风洞实验系统研究后，进一步改进为鱼 型，阻力系数为0.3。
后来又出现楔型，阻力系数为0.2。
90年代以后，科研人员研制开发了气动性能更优 良的未来型汽车，阻力系数仅为0.137。
90年代以后，科研人员研制开发了气动性能更优良 的未来型汽车，阻力系数仅为0.137。
虽然生活在流体环境中， 虽然生活在流体环境中，人们对一些 流体运动却缺乏认识，比如： 流体运动却缺乏认识，比如：
1. 高尔夫球 ：表面光滑还是粗糙？ 表面光滑还是粗糙？ 2. 汽车阻力： 来自前部还是后部？ 汽车阻力： 来自前部还是后部？ 3. 机翼升力 ：来自下部还是上部？ 来自下部还是上部？
高尔夫球运动起源于15世纪的苏格兰。
现在的高尔夫球表面有许多窝，在同样大小和重量下， 现在的高尔夫球表面有许多窝，在同样大小和重量下， 飞行距离为光滑球的5倍 飞行距离为光滑球的 倍。
光滑的球和非光滑球对比
汽车发明于19世纪末 世纪末。 汽车阻力 汽车发明于 世纪末。
当时人们认为汽车高速前进时的阻力主要来自车前部 对空气的撞击。 对空气的撞击。
此后， 此后，流体力学的发展主要经历了三个阶段：
１.伯努利所提出的液体运动的能量估计及欧拉 所提出的液体运动的能量估计及欧拉 所提出的液体运动的解析方法， 所提出的液体运动的解析方法，为研究液体运 动的规律奠定了理论基础， 动的规律奠定了理论基础，从而在此基础上形 成了一门属于数学的古典“水动力学” 成了一门属于数学的古典“水动力学”（或古 流体力学” 典“流体力学”）。
冶金传输原理 课件
Vacuum
Coke oven gas
Coke oven Bottom gas Torpedo car
Degasser er
Tundish
Water cooling
Water cooling Copper mould
C.C. machine Hot strip mill Product (Hot coil) 2012-12-31 Slab
Fluid
Fixed plate
2012-12-31
x u=0
14
§1.1 流体的定义和特征
一、流体的定义：
液体与气体的区别
液体的流动性小于气体； 液体具有一定的体积，并取容器的形状；
气体充满任何容器，而无一定体积。
二、流体的特征
流动性
2012-12-31
15
§1.2 流体连续介质的假设
2012-12-31
17
§1.2 流体的连续介质假设
一、流体的连续介质假设
Number density: N2 3x1025 m-3 , H2O 2x1028 m-3 Intermolecular spacing: N2 3 nm , H2O 0.4 nm Mean free path: N2 100 nm
冶金传输原理课程的内容
冶金传输原理主要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 过程动量的传递（流体流动行为）、热量传递和
质量传递三大部分。
怎么学习“传输原理”？学什么？方法等。 多看，多练，多想，多交流。
2012-12-31 3
钢铁冶金生产流程
B.F. gas Iron ore Oxygen Lime stone Coal Sintering Blast furnace Hot Converter blast Converter gas
材料加工冶金传输原理课件(吴树森概要
Pa
2018/10/14
4
第一章 动量传输的基本概念
1、 1 流体及连续介质模型 在剪切应力的作用下会发生 连续的变形的物质。
1、流体的定义:
流体的密度
m lin v 0 V
ΔV 从宏观上看应足够小， 而从微观上看应足够大。
2018/10/14
5
1.1 流体的概念及连续介质模型
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27
Fn Fτ
F
2018/10/14
22
流体的静压力及其特点： 2. 流体中任意点上的静压力在各方向上均相等而 与方向无关。 证明：在静止的流体中取一无限小的三角形，(如 图所示）它包含有P点。三角体的厚度取单位厚 度，现分析其受力的情况，先考虑X方向的力： dz=1 y
dy
Pθ dx 2 dy 2
P2 2 1 P1
2 1
P1 P2
2、 等压时（P1=P2）
2
T1 1 T2
T0 0 t 0 Tt 1 t
β=1/273
11
2 1
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T2 T1
流体的基本性质 当气体的压力不太高（<10kPa) ,或速度不太高 (<70m/s)时，可认为是不可压缩的。 3、绝热时 当气体没有摩擦，又没有热交换时， 可认为是绝热可逆过程 ：
第一篇
动量的传输
概述 冶金过程：是物理化学过程、动量、热量、质 量传输过程的组合过程。 传输理论的基础：质量守恒定律；动量守恒定 律；能量守恒定律。 研究的目的：研究速率过程（动量、热量、质 量） 本学科的现状与发展
2018/10/14
2
工程单位制 ； 基本单位：长度，时间，力 一 单位制： 国际单位制；基本单位：长度，时间，质量 工程单位制规定：质量为1kg的物体在标准重力加速度处所 受的引力为1kg力。 缺点g 随地点的不同而异，力不能作为基本单位，且kg Kgf是不同的概念。 国际单位制： 基本单位： 米（m） 公斤（kg）秒（s）度（℃）（K） 导出单位：力—牛顿（1N=1kg×m/S） 能量——焦耳（1J=1kg· ㎡/S² ） 压力（强）——帕斯卡（Pa=N/㎡） 功率——瓦（W=J/s）
冶金传输原理1-8[1].2.
![冶金传输原理1-8[1].2.](https://img.taocdn.com/s3/m/8dea92db900ef12d2af90242a8956bec0975a5df.png)
冶金传输原理1-8[1].2.冶金传输原理(Principles of Transfer in Metallurgy)绪论1、冶金的分类：钢铁冶金、有色冶金共同特点（1）发生物态变化固?液态（2）物理化学变化原料与产品的性质、化学成分截然不同钢铁冶金：原料是矿石产品是钢铁钢铁工艺流程：（1）长流程：高炉、转炉、轧机（2）短流程：直接还原或熔融还原、电炉、轧机（1）高炉炼铁：烧结矿或球团矿（铁矿石造块）、焦炭（煤炼焦）、熔剂铁水（2）非高炉炼铁：天然块矿、粉矿或造块、块煤或气体还原剂、熔剂海绵铁（3）转炉炼钢：铁水、废钢、铁合金、氧气、造渣剂钢水（4）电炉炼钢：废钢（海绵铁）、铁水、铁合金、造渣剂钢水2．有色冶金：原料是矿石产品是有色金属（1）重金属：铜（造锍熔炼）、铅（还原熔炼）、锌（湿法冶炼）、锡（火法精炼）（2）轻金属：铝冶金、镁冶金（3）稀贵金属：锂冶炼、铍冶炼、钙锶钡制取、金银提炼3、课程概况一、课程性质专业基础课，是基础课和专业课之间的桥梁。
二、课程内容传输原理（动量、热量、质量传输）简称“三传”传输是指流体的（输送、转移、传递）动力过程、传热过程、物质传递过程的统称热量、动量、质量的传递与输送，热量传输、质量传输、动量传输（类似统一性）传输原理类似性：基本概念、运动规律、解析方法类似。
冶炼过程：高温、多相条件下进行的复杂物理化学过程。
传输过程：?冶炼过程中的物理过程，不涉及化学反应。
动量、热量、质量传递的过程。
（TransportPhenomena）举例：高炉炼铁的气固两相流动。
高炉强化冶炼，目的就是改善传输条件。
转炉炼钢的气液两相流动。
转炉底吹，目的也是改善传输条件。
冶金传输原理已成为现代冶金过程理论的基础!研究对象：动量、热量、质量传输（传递）过程的速率。
研究方法：理论研究（简单问题）、实验研究、数值计算（复杂问题）习题与思考题：如何加深对所学传输理论的理解和应用。
三、课程特点物理概念抽象，数学推导繁琐，计算公式多，计算过程复杂。
冶金传输原理PPT课件
z
dz
dy 0yBiblioteka dx x3.2 连续性方程
单位时间输入微元体的质量-输出的质量＝累积的质量
单位时间内，x方向输入输出的流体质量为：
A点坐标（ x,y,z), 流体质点速u度 x、uy、uz,
kgkg m
kg
mm 32
ss
mm s
密度。
z
输入面（左侧面）：（ux) xdydz
输出面（右侧面）：
ux A
Y
1
1
P x P y
dux dt duy
dt
Z
1
P z
duz dt
(3.38) 欧拉方程
适用范围——可压缩、不可压缩流体，稳定流、非稳定流。
用矢量表示—— W1PDu
Dt
(3.39)
3.3 理想流体动量传输方程——欧拉方程
把 d d x u t u tx u x u x x u y u y x u z u z x a x
对于不可压缩流体ρ=常数，根据连续性方程，上式最后一项为0：
d dxu tX P x 2 x u 2 x 2 y u 2 x 2 zu 2x
3.4 实际流体动量传输方程——纳维尔-斯托克斯方程
上式两边同除以ρ，且 得：
d dxu tX 1 P x 2 x u 2 x 2 y u 2 x 2 z u 2 x
将式（b)代入式（a),方程两边同除以ρ，得：
1d d t u xx u yy u zz 0 (c)
3.2 连续性方程
引入哈密顿算子：i jk x y z
所以： U x i y j k k u x i u y j u z k u x x u y y u z z
在流场中取一微元体dxdydz，顶点A处的运动参数为：
dz
dy 0yBiblioteka dx x3.2 连续性方程
单位时间输入微元体的质量-输出的质量＝累积的质量
单位时间内，x方向输入输出的流体质量为：
A点坐标（ x,y,z), 流体质点速u度 x、uy、uz,
kgkg m
kg
mm 32
ss
mm s
密度。
z
输入面（左侧面）：（ux) xdydz
输出面（右侧面）：
ux A
Y
1
1
P x P y
dux dt duy
dt
Z
1
P z
duz dt
(3.38) 欧拉方程
适用范围——可压缩、不可压缩流体，稳定流、非稳定流。
用矢量表示—— W1PDu
Dt
(3.39)
3.3 理想流体动量传输方程——欧拉方程
把 d d x u t u tx u x u x x u y u y x u z u z x a x
对于不可压缩流体ρ=常数，根据连续性方程，上式最后一项为0：
d dxu tX P x 2 x u 2 x 2 y u 2 x 2 zu 2x
3.4 实际流体动量传输方程——纳维尔-斯托克斯方程
上式两边同除以ρ，且 得：
d dxu tX 1 P x 2 x u 2 x 2 y u 2 x 2 z u 2 x
将式（b)代入式（a),方程两边同除以ρ，得：
1d d t u xx u yy u zz 0 (c)
3.2 连续性方程
引入哈密顿算子：i jk x y z
所以： U x i y j k k u x i u y j u z k u x x u y y u z z
在流场中取一微元体dxdydz，顶点A处的运动参数为：
材料加工原理第6章材料加工过程中的化学冶金PPT课件
空气中的气体、水分 保护气体及其杂质气体
焊接区的气体
N2、H2、O2 CO2 和 H2O
第九章 液态金属的净化与精炼
9
1．有机物的分解和燃烧
酸性焊条药皮中有机物的含量较高。
焊条药皮中的淀粉、 热氧化分解反应
纤维素、糊精等有机物
（造气、增塑剂）
220~250℃以上发生，
800℃左右完全分解
CO2、CO、H2、烃和水气
（化学过程）
3)先期脱氧：Mn+CO2→MnO+CO Si+2FeO→2Fe+SiO2
第九章 液态金属的净化与精炼
5
(2)熔滴反应区
特点： 1）温度高 1800-2400℃ 2）比表面积大
极大的液态金属-气体/熔渣 相界面大大加速了冶 金反应 3）反应时间短(熔滴存在时间小于1s） 4）熔滴金属与熔渣发生强烈的混合：化学反应激 烈、充分进行
2.9
41.2
12.6
低氢型（J427）
79.816.9来自1.81.5低氢型焊条焊接时，气相中H2和H2O的含量很少，故称“低氢型”
酸性焊条焊接时氢含量均较高，其中纤维素型焊条的最大。
第九章 液态金属的净化与精炼
12
3．材料的蒸发
焊接过程中，除了焊接材料和母材表面的水分发生蒸 发外，金属元素和熔渣的各种成分在电弧高温作用下也会 发生蒸发，形成相当多的蒸气。
一般的化学反应：氧化、脱氧、脱硫、脱磷和合金化 等
温度较低(1600℃左右),液态金属体积较大,熔炼时间 较长,反应可以达到或接近平衡状态。
第九章 液态金属的净化与精炼
3
二、焊接过程的化学冶金特点
以典型的手工焊条焊接为例:
1.熔渣(已凝固)slag 2.液态熔渣molten slag 3. 熔滴droplet 4.焊芯core wire 5.药皮covering /coating 6.熔池molten pool /weld pool 7.焊缝金属WM
焊接区的气体
N2、H2、O2 CO2 和 H2O
第九章 液态金属的净化与精炼
9
1．有机物的分解和燃烧
酸性焊条药皮中有机物的含量较高。
焊条药皮中的淀粉、 热氧化分解反应
纤维素、糊精等有机物
（造气、增塑剂）
220~250℃以上发生，
800℃左右完全分解
CO2、CO、H2、烃和水气
（化学过程）
3)先期脱氧：Mn+CO2→MnO+CO Si+2FeO→2Fe+SiO2
第九章 液态金属的净化与精炼
5
(2)熔滴反应区
特点： 1）温度高 1800-2400℃ 2）比表面积大
极大的液态金属-气体/熔渣 相界面大大加速了冶 金反应 3）反应时间短(熔滴存在时间小于1s） 4）熔滴金属与熔渣发生强烈的混合：化学反应激 烈、充分进行
2.9
41.2
12.6
低氢型（J427）
79.816.9来自1.81.5低氢型焊条焊接时，气相中H2和H2O的含量很少，故称“低氢型”
酸性焊条焊接时氢含量均较高，其中纤维素型焊条的最大。
第九章 液态金属的净化与精炼
12
3．材料的蒸发
焊接过程中，除了焊接材料和母材表面的水分发生蒸 发外，金属元素和熔渣的各种成分在电弧高温作用下也会 发生蒸发，形成相当多的蒸气。
一般的化学反应：氧化、脱氧、脱硫、脱磷和合金化 等
温度较低(1600℃左右),液态金属体积较大,熔炼时间 较长,反应可以达到或接近平衡状态。
第九章 液态金属的净化与精炼
3
二、焊接过程的化学冶金特点
以典型的手工焊条焊接为例:
1.熔渣(已凝固)slag 2.液态熔渣molten slag 3. 熔滴droplet 4.焊芯core wire 5.药皮covering /coating 6.熔池molten pool /weld pool 7.焊缝金属WM
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③ 在实际金属热态成形过程中往往包括有两种或两
种以上传输现象，它们同时存在，又相互影响，是
一个有机的整体。
传输过程的本质：
传输过程是物质或能量从非平衡态到平衡 态转移的物理过程。是某物质体系内描述体系的 物理量（如温度、速度、组分浓度等）从不平衡 状态向平衡状态转移的过程。 平衡态概念——是指体系内物理量不存在梯度。例如 热平衡是体系内的温度各处均匀一致。 不平衡态概念——是体系内物理量存在梯度，这时物 系内的物理量不均匀，就会发生物理量的传输。
“三传”的联系： 动量、热量、质量三种传输过程有其内在的联系， 三者之间有许多相似之处，在连续介质中发生 的 “三传” 现象有共同的传递机理。在实际工 程中，三种传输现象常常是同时发生的。
为什么把“三传”放在一起作为一个整体： ① “三传”具有共同的物理本质：都是物理过程。
② “三传”具有类似的表述方程和定律。
两个作直线运动的流体层之间的切应力
dv - dy
(0.1)
ms 式中， 切应力（ pa ); 动力粘度（ pa s). dv dy 速度梯度（ m );
二、传输原理主要研究什么？
传输原理主要研究传输过程的传递速率大小与 传递推动力及阻力之间的关系。
三、《材料加工冶金传输原理》课程的主要任务：
学习研究金属在热态成形过程中经常遇到的动量、 热量、质量传输的基本原理，以及结合实际的应用实例。
金属加工成形的分类
金属加工成形的分类： 热态成形——金属的成形过程，是在较高温度状态下，通过高温手段，使金属成形。 冷态成形——金属在常温下，使金属成形。如：切削、冲压、拔丝。
研究对象 动量、热量、质量传输（传递）过程的速率。
理论研究 实验研究 数值计算
简单问题
研究方法
复杂问题
六：几点说明
1、内容深要求学生课前预习。
2、课上认真听讲。 3、课后 复习、总结。
4、多练习，多作习题。
动量、热量与质量传输的类似性
0.1 牛顿粘性定律
0.1 牛顿粘性定律
y
快层 V+dv v v dv τ v 慢层 τ
4. 热处理：热处理就是将工件通过热处理（高温加热，冷却速度不同）达到调整材
质（如基体组织发生变化，硬度发生变化），以及削除应力。
四. 研究传输原理
需要三门学科
流体力学（Hydrodynamics）研究动量传输 主要研究在各种力的作用下，流体本身的静止状态和 运动状态；以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作 用和流动规律。
传热学（Heat Transfer ）：研究热量传输 主要研究不同温度的物体，或同一物体的不同部分之 间热量传递的规律。 传质学（Mass Transfer ）：研究质量传输 主要研究质量传递的有关理论 。
五. 热态成形过程中传输现象以及研究动量、热量、 质量 传输现象的意义
热态成形过程中的传输现象举例： （1）. 金属液体的流动（铸液填充型腔） （2）. 气体的流动（砂型气体溢出，炉加热，炉气运动等） （3）. 金属件内部之间、金属件与周围介质之间热量交换和 物质转移现象（加热过程，热交换，渗炭，渗氮，元素再分布） 研究动量、热量、质量传输现象的意义： 以上的现象都属于动量、热量、质量传输现象。 不同 的传输情况对金属热态成形过程和最后得到的金属件质量 有很大影响。研究意义就在于此。
课程性质
该课是材料工程类专业基础课程。 其特点是运用到较多高等数学方面知识， 课程难度较高，该课与冶金热力学与动力 学、金属学共同构成专业基础核心课程。
序号 1 2
3
知识点 第一章绪论 第二章流体的性质
第三章流体动力学 第四章层流运动及湍流 运动 第五章边界层理论 第六章材料加工中的特 殊流体流动 第七章相似理论与量纲 分析 第八章热量传输的基本 概念 第九章导热 第十章对流换热 第十一章辐射换热
课内 讲授 2 2
6
教学各环节ຫໍສະໝຸດ 实验上机设计备注
4
5 6 7 8
4
2 2 2 2
9
10 11 12
6
4 4 2
13
14 15
第十二章材料加工中的 热量传输 第十三章质量传输基本 概念和传质微分方程 第十四章分子传质
第十五章对流传质
合计
4
4 2
48
一、什么是传输过程？
绪论
传输过程是 动量传输、热量传输、质量传输 过程的总称，简称 “三传” 或者 “传递现象”。 是工程技术领域中普遍存在的物理现象。
动量传输：垂直于流体流动的方向上，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。
传输现象：普遍存在于金属热态成形过程与冶金过 程，这些过程都是在高温下进行、并且常有气、液、 固等多相参与，过程中必然伴随着各种物质传递或 者热量传递等物理过程。
关于本课程
课程简介：
本课程为考试课程
教材：
材料加工冶金传输原理，吴树森，机 械工业出版社，2005
其他参考教材：
1. ．苏华钦主编，冶金传输原理，东南大学出版社，1989
2. 沈颐身、李保卫、吴懋林著，冶金传输原理基础，2000
3. 朱爱民，流体力学基础，中国计量出版社，2004
4. 赵镇南主编，传热学，高等教育出版社，2002 5. J.R.威尔特等编著、马紫峰、吴卫生等译，动量、 热量和质量传递原理
例如：钢铁冶金过程中的高炉炼铁、转炉炼钢、铁 水脱硫都是一个高温化学反应过程。 •如何实现高温？ •如何实现化学反应？ 此外，传输现象还存在于制冷工程、机械工程、生 物化学工程及环境工程等领域。
材料加工过程中的传输现象： 合金熔炼过程中组分的混合
冲天炉熔炼中焦炭的燃烧 热处理过程中组分的扩散 合金液充型过程散热、铸件的冷却及组分的再分配 异质合金焊接及焊接过程热传导
金属热态成形的四种工艺 （ “三传” 现象广泛存在）
1. 铸造：液态(或固液态)金属——注入模具中——降温、凝固。 2. 锻压：金属加热至塑性变形抗力小、但是仍然为固体的状态，采用锻打、 加压手段，而获得一定的形状的工艺方法。 3. 焊接：焊接是通过加热、加压，或两者并用，用或者不用填充材料，使两工 件产生原子间结合的加工工艺和连接方式。
种以上传输现象，它们同时存在，又相互影响，是
一个有机的整体。
传输过程的本质：
传输过程是物质或能量从非平衡态到平衡 态转移的物理过程。是某物质体系内描述体系的 物理量（如温度、速度、组分浓度等）从不平衡 状态向平衡状态转移的过程。 平衡态概念——是指体系内物理量不存在梯度。例如 热平衡是体系内的温度各处均匀一致。 不平衡态概念——是体系内物理量存在梯度，这时物 系内的物理量不均匀，就会发生物理量的传输。
“三传”的联系： 动量、热量、质量三种传输过程有其内在的联系， 三者之间有许多相似之处，在连续介质中发生 的 “三传” 现象有共同的传递机理。在实际工 程中，三种传输现象常常是同时发生的。
为什么把“三传”放在一起作为一个整体： ① “三传”具有共同的物理本质：都是物理过程。
② “三传”具有类似的表述方程和定律。
两个作直线运动的流体层之间的切应力
dv - dy
(0.1)
ms 式中， 切应力（ pa ); 动力粘度（ pa s). dv dy 速度梯度（ m );
二、传输原理主要研究什么？
传输原理主要研究传输过程的传递速率大小与 传递推动力及阻力之间的关系。
三、《材料加工冶金传输原理》课程的主要任务：
学习研究金属在热态成形过程中经常遇到的动量、 热量、质量传输的基本原理，以及结合实际的应用实例。
金属加工成形的分类
金属加工成形的分类： 热态成形——金属的成形过程，是在较高温度状态下，通过高温手段，使金属成形。 冷态成形——金属在常温下，使金属成形。如：切削、冲压、拔丝。
研究对象 动量、热量、质量传输（传递）过程的速率。
理论研究 实验研究 数值计算
简单问题
研究方法
复杂问题
六：几点说明
1、内容深要求学生课前预习。
2、课上认真听讲。 3、课后 复习、总结。
4、多练习，多作习题。
动量、热量与质量传输的类似性
0.1 牛顿粘性定律
0.1 牛顿粘性定律
y
快层 V+dv v v dv τ v 慢层 τ
4. 热处理：热处理就是将工件通过热处理（高温加热，冷却速度不同）达到调整材
质（如基体组织发生变化，硬度发生变化），以及削除应力。
四. 研究传输原理
需要三门学科
流体力学（Hydrodynamics）研究动量传输 主要研究在各种力的作用下，流体本身的静止状态和 运动状态；以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作 用和流动规律。
传热学（Heat Transfer ）：研究热量传输 主要研究不同温度的物体，或同一物体的不同部分之 间热量传递的规律。 传质学（Mass Transfer ）：研究质量传输 主要研究质量传递的有关理论 。
五. 热态成形过程中传输现象以及研究动量、热量、 质量 传输现象的意义
热态成形过程中的传输现象举例： （1）. 金属液体的流动（铸液填充型腔） （2）. 气体的流动（砂型气体溢出，炉加热，炉气运动等） （3）. 金属件内部之间、金属件与周围介质之间热量交换和 物质转移现象（加热过程，热交换，渗炭，渗氮，元素再分布） 研究动量、热量、质量传输现象的意义： 以上的现象都属于动量、热量、质量传输现象。 不同 的传输情况对金属热态成形过程和最后得到的金属件质量 有很大影响。研究意义就在于此。
课程性质
该课是材料工程类专业基础课程。 其特点是运用到较多高等数学方面知识， 课程难度较高，该课与冶金热力学与动力 学、金属学共同构成专业基础核心课程。
序号 1 2
3
知识点 第一章绪论 第二章流体的性质
第三章流体动力学 第四章层流运动及湍流 运动 第五章边界层理论 第六章材料加工中的特 殊流体流动 第七章相似理论与量纲 分析 第八章热量传输的基本 概念 第九章导热 第十章对流换热 第十一章辐射换热
课内 讲授 2 2
6
教学各环节ຫໍສະໝຸດ 实验上机设计备注
4
5 6 7 8
4
2 2 2 2
9
10 11 12
6
4 4 2
13
14 15
第十二章材料加工中的 热量传输 第十三章质量传输基本 概念和传质微分方程 第十四章分子传质
第十五章对流传质
合计
4
4 2
48
一、什么是传输过程？
绪论
传输过程是 动量传输、热量传输、质量传输 过程的总称，简称 “三传” 或者 “传递现象”。 是工程技术领域中普遍存在的物理现象。
动量传输：垂直于流体流动的方向上，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。
传输现象：普遍存在于金属热态成形过程与冶金过 程，这些过程都是在高温下进行、并且常有气、液、 固等多相参与，过程中必然伴随着各种物质传递或 者热量传递等物理过程。
关于本课程
课程简介：
本课程为考试课程
教材：
材料加工冶金传输原理，吴树森，机 械工业出版社，2005
其他参考教材：
1. ．苏华钦主编，冶金传输原理，东南大学出版社，1989
2. 沈颐身、李保卫、吴懋林著，冶金传输原理基础，2000
3. 朱爱民，流体力学基础，中国计量出版社，2004
4. 赵镇南主编，传热学，高等教育出版社，2002 5. J.R.威尔特等编著、马紫峰、吴卫生等译，动量、 热量和质量传递原理
例如：钢铁冶金过程中的高炉炼铁、转炉炼钢、铁 水脱硫都是一个高温化学反应过程。 •如何实现高温？ •如何实现化学反应？ 此外，传输现象还存在于制冷工程、机械工程、生 物化学工程及环境工程等领域。
材料加工过程中的传输现象： 合金熔炼过程中组分的混合
冲天炉熔炼中焦炭的燃烧 热处理过程中组分的扩散 合金液充型过程散热、铸件的冷却及组分的再分配 异质合金焊接及焊接过程热传导
金属热态成形的四种工艺 （ “三传” 现象广泛存在）
1. 铸造：液态(或固液态)金属——注入模具中——降温、凝固。 2. 锻压：金属加热至塑性变形抗力小、但是仍然为固体的状态，采用锻打、 加压手段，而获得一定的形状的工艺方法。 3. 焊接：焊接是通过加热、加压，或两者并用，用或者不用填充材料，使两工 件产生原子间结合的加工工艺和连接方式。