冶金传输原理(三传
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
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
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§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
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§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
三传的基本概念
由速度场随时间而变化引起的，当它=0时， 速度场稳定流动；
右边第二项 (v )v
称迁移加速度（位变加速度或对流导数），由速度 场的不均匀性引起的，当它=0时，速度场均匀流动。
25
上述讨论不仅对速度场成立，对其他场量 如密度、压力等也都成立。
V=Fv（x，y，z，t）整个流场中的速度分布——速度场； P=Fp（x，y，z，t）整个流场中的压力分布——压力场； ρ=Fρ（x，y，z，t）整个流场中的密度分布——密度场； T=Ft（x，y，z，t）整个流场中的温度分布——温度场； C=Fc（x，y，z，t）整个流场中的浓度分布——浓度场。
3
第一篇 三传的基本概念
第一章 动量传输的基本概念 第二章 热量传输的基本概念 第三章 质量传输的基本概念
4
第一章 动量传输的基本概念
1.1动量传输的研究对象和研究方法 1.2描述流场运动的方法 1.3流场的描述 1.4流体微团运动分析 1.5速度边界层的概念
5
1.1动量传输的研究对象和研究方法
27
2.2流场的描述
在欧拉框架下，对流体流动的状态及其变化规
律的描述，除速度场之外，还须知道其流场内 的压力分布(即压力场)和密度分布(即密度场)。 一般情况下还应有温度场，因为温度除对流体
的密度、压力等场量有直接影响之外，往往还 强烈地影响着流体的物理性质，如粘性。这些
场量都是描述流场的基本物理量，当然在一些
流体的一切属性（速度、压力、密度、温度、 浓度等）都可看作坐标与时间的连续函数，利用 连续函数的性质。
13
流场
一是拉格朗日法；二是欧拉法。 速度、压力、密度、温度等，流场在空间的 变化行为有梯度、散度和旋度。
14
材料加工冶金传输原理课件(吴树森)材料加工冶金传输原理
0.3 费克定律
.
0.3 费克定律 对两组分系统，通过分子扩散
传递的组分A的质量通量密度为
jA
DAB
d A
dy
(0.5)
式中， J A
质量通量密度（
kg ）； m2 s
钢的表面渗碳
DAB (组分A在组分B中的）扩散系数(m2 S)；
dA 组分A的浓度梯度（kg
m3 );
dy
m
“—”号——质量通量的方向与浓度梯度的方向相反，即组分A 朝着浓度降低的方向传递。
0.4 三种传输现象的普遍规律
0.4 三种传输现象的普遍规律(类比关系） 对比（0.2）、（0.4）、（0.5）式
d(v) (0.2) ( 常量）
dy
q a d(CpT )
(0.4)
dy
பைடு நூலகம்
jA
材料加工冶金传 输原理
课程性质
该课是材料加工冶金工程类专业基 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。
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。
“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。
冶金传输原理在冶金中的应用
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。
冶传总复习1-2
§2.3
流体的粘性及其内摩擦定律
一、粘性的概念
动板
定板
在做相对运动的两流体层的接触面上，存在一对等值反向的 作用力来阻碍两相邻流体层作相对运动，流体的这种性质称流体 的粘性。由粘性产生的作用力叫做粘性阻力或内摩擦力。原因。
二、牛顿粘性定律
当流体的流层之间存在相对位移时，即存在速度梯度时，由于流体的粘 性作用，在其速度不相等的流层之间以及流体与固体表面之间所产生的粘性 阻力的大小与速度梯度和接触面积成正比，与流体的粘性有关。
粘度或切应力
牛顿流体
触变性流体
时间 触变性流体的特性曲线
例1： 两平行板相距3.2mm，下板不动，而上板以1.52m/s的速度运动。 欲使上板保持运动状态，需要施加2.39N/m2的力。求板间流体的动力 粘度。 解：两板间的距离较小，可以将速度梯度当作线性变化处理。
F/A v0 / Y
例2：某种可压缩液体在圆柱形容器中，当压强为2MN／m2时体 积为995cm3，当压强为1MN／m2时体积为1000 cm3，问它的等 温压缩率kT为多少?
个“负号”。
传输过程的研究方法：
理论研究法、实验研究法、数值计算研究法
第二章
流体的性质
§2.1
流体的概念和连续介质模型
一、流体的概念
能够自由流动的物体，统称流体，如液体和气体。从力学角度 来看，流体是一种剪切抗力极低的物质，受剪切力时发生显著 的变形，即流动。 共 同 特 征
分子间距和分子的运动范围 比较大 只能承受压力，不能承受拉力和切力； 分子的移动和转动为其主要运动形式； 没有一定的形状；
“三传”的类似性
流场中速度分布不均的时候 产生了切应力； 分子传递 温度分布不均的时候 产生了热传导； 在多组分的混合流中，某组分 的浓度分布不均的时候 产生了质量的传输； 湍流传递 旋涡混合造成的流体微团的宏观 运动引起。
冶金传输原理思想报告
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)(。
冶金传输原理报告 - 副本
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。
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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。
曲壁：总热量不变。
非稳态导热的相似准数：Bi=hl/λ（毕殴准数）Bi<0.1M为薄材Bi>0.1M为厚材M=特征尺寸/定型尺寸。
特征尺寸：板1圆柱1/2球1/3
对流传热：在流体流动条件下，流体和与之接触的表面发生的传热过程
影响对流传热的因素：流动的起因、性质、物性、表面几何特性
热附面层：当流体与表面温度不同，发生对流传热时，在靠近表面附近会形成具有温度梯度的流体薄层，称为热附面层
辐射传热：电磁波的发射和吸收过程
影响辐射传热的因素：物体自身性质，表面状况，温度，物体空间几何关系
黑体：能把投射来的辐射能完全吸收的物体。
黑度：实际物体的辐射力和相同温度下黑体的辐射力之比称为物体的黑度（与材料性质、表面温度、表面粗糙度有关）
气体辐射特点：1无反射能力有透过能力2不同成分气体辐射与吸收能力差别很大3气体辐射与吸收有较强的选择性4气体的辐射和吸收是在容积中进行的，称为体积辐射
三、质量传输
质量传输：物质从物体或空间的某一部分转移到另一部分的现象。
（推动力：浓度差）
质量传质方式：扩散传质、对流传质
影响传质的因素：
有限厚无限厚（传质）：当物质的扩散深度超过物体厚度时，为有限厚的浓度场，此时的扩散传质过程中，物体内各点的浓度均随时间而变化。
反之则为无限厚
扩散系数：沿扩散方向，在单位浓度梯度下，单位时间通过单位面积所扩散的物质量Di
影响扩散系数的因素：自身扩散性、扩散对象、互扩散条件、组成浓度
气体定态传质三个要求：1容器中有厚δ的金属隔板2板两侧有组分相同的气体平衡浓度为C1C23气体对金属板的互扩散系数为Di常数
渗透理论：当主流流经表面时，流体质点不断穿过流体的附壁薄层向固体表面迁移冰雨之接触，并进行质量的传递过程。
根据动量守恒定律，可以推导出纳维-斯托克斯方程；根据能量守恒定律可以推导出传热微分方程，根据质量守恒定律可以分别推导出连续性方程和质量传输微分方程
分子扩散传质与传导传热的联系与区别：
两者都是依靠物体之间相互接触时分子或原子之间的热运动来实现的，在温度差和浓度差同时存在时，基本粒子之间的热运动可同时引起分子扩散和传导传热，这是他们之间的联系。
区别是分子扩散传质要发生宏观物质位移，而传导传热则没有或可以忽略。
因此温度对分子扩散传质和传导传热的影响是不同的
简述质量传输的基本方式
质量传递的基本方式有：分子扩散和对流传质
分子扩散：分子传质在气相、液相和固相中均可能发生，由于组分的浓度在各处不均匀，是组分有高浓度区向低浓度区扩散，这种不依靠宏观混合作用发生的质量传递现象便是分子扩散。
扩散通量遵循菲克第一定律
对流传质主要发生在流体介质和不同浓度之间或相际的不同浓度之间，即发生在流体内部，流体与流体的分界面或流体与壁面之间，此时，质量传递不仅与质量传递的特性因素有关，还与动量传递的动力学因素有关
薄材与厚材：不是指几何意义。
而是在非稳态导热中，从物体加热或冷却的观点出发，物体内外温度差较小或趋近与0的为薄材，否则为厚材。
平均射线行程：某容器中气体的温度，压力和祖坟与一半球中气体一样，恰好该半球气体对球心的辐射等于容器中气体对指定部位的辐射时，该半球半径就是某容器的当量球半径。
称为平均射线行程
分别说明牛顿粘性定律、傅里叶导热定律和菲克第一定律。
并比较三定律描述传输的类似性！
τ=u du/dy 表示单位面积上的粘性力与速度梯度的一次方成正比
q=-λ dT/dy 热导热通量q正比于温度梯度，负号表示导热方向和温度梯度方向相反
n=D dc/dz 不考虑主动流动，通过物体B扩散的质量传输量与物体两面的浓度差、扩散时间和垂直于传质方向的截面成正比，与扩散方向上的距离成反比。
类似性：都与梯度有关，以通量表示梯度的速率，引起传递的宏观原因为梯度，微观上分子的运动。
双膜理论：双模理论是关于流体在相间界面上质量传输的边界层理论，该理论分析其中只有一个相的流动是决定性流动的过程，或是用于传质发生在与固相界面上的场合。
其过程有：1 І相膜内的扩散2 相界面上量相同的平衡传递3Ⅱ相膜内的扩散。
假定：1综合传质速率取决于各项膜内的扩散，界面不存在传质阻力2各单项扩散传质阻力集中于各自的有效附面层内
根据双模理论我们推导出对流传质系数与扩散系数的一次方成正比。
双模模型为传质模型奠定了初步的基础、气—固相间综合传质
物体氧化物在气相中还原处理过程由三个环节构成：
1气体还原剂通过气膜向气固界面扩散
2气体还原剂及反应生成物气体，在反应生成物固体中扩散
3在固态氧化物和固体还原物界面的化学反应
各种准数
均时准数Ho=τ/（l/u）
雷诺准数Re=ρul/μ=ρu2/(μu/l)惯性力与粘性力之比欧拉准数Eu=P/ρu2压力与惯性力之比
弗鲁德准数Fr=gl/u2=ρgl/ρu2 重力与惯性力之比
伽利略准数Ga=Fr.Re=ρg2l3/μ2。