热加工过程传输原理论文
食品加工中的热传递与动力学
食品加工中的热传递与动力学食品加工是指通过加热、冷却、干燥、发酵等一系列工艺对食品进行处理和改良的过程。
在食品加工中，热传递与动力学是非常重要的两个关键要素。
热传递是指热量从高温区域传递到低温区域的过程，而动力学则关注各个过程中的动力学行为和速率。
本文将以食品加工中的热传递与动力学为主题，从热传递的基本理论、动力学的数学模型以及在食品加工中的应用等方面展开讨论。
热传递是食品加工不可或缺的过程之一。
在食品加工中，对于不同材料的加热方式不同，包括传导、对流和辐射。
传导是指热量通过材料内部的分子震动传导的过程，对于具有高导热性的材料，热量的传导速率较快。
对流是指通过流体的运动传递热量的过程，比如水煮沸鱼片时，开水的对流可以迅速将热量传递给鱼片。
辐射则是指热量通过电磁辐射传递的过程，例如在微波炉中加热食品，热量主要是通过辐射传递的。
热传递的速率受到多种因素的影响，包括温度差、材料的导热性质、传热面积和传热界面的接触情况等。
其中，温度差是热传递速率的主要驱动力，温差越大，热传递速率越快。
而材料的导热性质则是决定热传递速率的重要因素，具有高导热性的材料传热速率更快。
此外，传热面积也是影响热传递速率的关键因素，传热面积越大，热传递速率越快。
传热界面的接触情况也会对热传递速率产生影响，好的接触条件可以提高热传递效率。
动力学是描述物质变化过程中的速度和机制的科学。
在食品加工中，动力学模型可以用来描述和预测食品加工过程中的变化。
例如，发酵过程中的微生物生长速率可以通过数学模型来描述，从而为食品加工过程的控制和优化提供依据。
在食品加工中，热传递和动力学常常是相互关联的。
以烘干过程为例，热传递过程可以通过热传导、对流和辐射来实现。
同时，烘干过程中的水分迁移和干燥速率也可以用动力学模型来描述。
通过对热传递和动力学的研究和分析，可以更好地理解和控制食品加工过程中的热量转移和物质变化。
除了烘干过程，热传递和动力学在食品加工中还有许多其他的应用。
食品加工过程中的传热与传质机理研究
食品加工过程中的传热与传质机理研究食品加工过程是将原材料经过一系列的物理、化学和生物变化进行加工，最终制成可食用的食品。
在食品加工过程中，传热与传质是至关重要的机理，它们直接影响着食品的品质和安全。
首先，我们来探讨食品加工中的传热机理。
传热是指热量从一个物体传递到另一个物体的过程。
在食品加工过程中，传热通常分为三种方式：传导、对流和辐射。
传导是指热量通过物质的直接接触传递。
例如，在食品炖煮的过程中，热量从炉火传导到锅底，然后再传导到食品中。
传导的速度取决于物质的导热性能和传热的表面积。
对于食品加工中的固体物质，如肉类、面团等，传导是主要的传热方式。
对流是指通过流体介质的传热。
在食品烹饪中，液体介质如水、油等常用于热传导，并将热量传递给食材。
同时，通过对流可以实现温度的均匀分布。
例如，在炸鸡过程中，食材被浸入热油中，热量通过对流迅速传递，使得食材迅速加热并实现脆皮效果。
辐射是指通过电磁波的传热。
在食品加热过程中，辐射热能被食材吸收并转化为热能。
微波炉就是利用辐射的原理来进行加热的例子。
食品在微波炉中受到微波的辐射，而微波能量会导致食物内部分子的振动，产生热量。
除了传热，传质也是食品加工过程中的重要机理。
传质是指物质通过相对悬浮于其内部的流体介质传递的过程。
传质一般包括物质的扩散和对流两种方式。
扩散是指物质从高浓度区域向低浓度区域的自发传递。
在食品加工中，扩散是通过食材表面与周围环境的接触来实现的。
例如，当食材置于腌制液中进行腌制时，盐分会从腌制液中扩散到食材中，提高其味道。
对流传质是指通过流体介质的传质。
在食品加工过程中，液体介质，如油和水，常被用来实现传质效应。
通过对流传质，食材表面的溶质可以被带走，同时新的溶质可以进入食材中。
例如，在腌制过程中，液体中的盐分可以通过对流传质迅速渗入食材中。
食品加工过程中的传热与传质机理的研究对于改进食品加工技术和提高食品品质具有重要意义。
通过深入研究传热与传质机理，我们能够更好地优化食品加工工艺，提高食品的营养价值和口感。
食品加工过程中的热传导与传热机制分析
食品加工过程中的热传导与传热机制分析食品加工过程中的热传导与传热机制是一个十分重要的环节。
对于获得高质量的食品产品，热传导与传热机制的分析是关键。
本文将从热传导与传热机制的基本原理出发，探讨在食品加工过程中的应用。
1.热传导的基本原理热传导指的是通过物质内部的微观能量传递，使温度分布趋于均匀的过程。
其中，热传导系数是衡量传热能力的指标，不同的食品材料具有不同的热传导系数，这将影响食品加工中的传热速率。
2.食品加工中的热传导在食品加工过程中，热传导是经常被应用的传热机制之一。
例如，烹饪食物时，热能通过锅底传导到食物，使其受热。
此时，食物中的水分分子会因为受热而蒸发，从而使食物变得更加美味可口。
同时，热传导还可以应用于食品保鲜技术中，通过控制食品的内部温度，延长食品的保质期。
3.传热机制的分析除了热传导，食品加工过程中还存在其他的传热机制，如传导传热、对流传热和辐射传热。
在食品加工中，这些传热机制往往同时存在，并相互作用。
例如，在烤肉过程中，传导传热是通过烤盘和烤架实现的，对流传热是通过烤箱内部空气的对流来完成的，而辐射传热则是通过烤箱内壁的辐射传递热能。
4.热传导与传热速率的影响因素热传导和传热速率的大小受到许多因素的影响。
首先，材料的热导率会直接影响热传导的速率。
热导率较高的材料具有更快的传热速率。
其次，温度差异是影响传热速率的重要因素。
温差越大，传热速率越快。
此外，材料的密度和热容量也会对传热速率产生影响。
5.热传导与食品质量的关系热传导与传热机制在食品加工中不仅影响传热速率，还直接关系到食品的质量。
例如，在烘焙过程中，通过控制热传导和传热机制，可以使面团充分受热，从而使烘焙出来的面包松软可口。
另外，食品加工中的热处理还可以杀死细菌、病毒等有害生物，确保食品安全。
6.优化食品加工中的热传导与传热机制为了获得更好的食品质量，优化热传导与传热机制是至关重要的。
对于传热速率较慢的食品，可以采用提高温度差或增加传热表面积的方法来提高传热速率。
热量传输原理和金属材料工程中的应用.
热量传输原理在金属材料工程中的应用赵彬（佳木斯大学材料科学与工程学院黑龙江省佳木斯市154000）摘要：随着现代科学技术的发展，金属材料发挥的作用越来越越重要，对金属材料的研究也越来越深入，在对金属材料的研究中不得不说热量传输原理在金属材料工程中的应用，其中热分析技术是一种重要的研究方法，而且这种方法也得到了人们的日益关注，在研究中也得到了人们广泛的使用。
关键词：热量传输；金属材料；对流换热；辐射换热transfer principle is applied in metal materials engineeringZHAO Bin(Jiamusi University,Department of materials science and engineering,J iamusi,Heilongjiang,pro vince154000)Abstract:with the development of modern science and technology,the effect of metal materials play a more and more important,also more and more in-depth research on metal materials,in the study of met al materials have to say that the application of the principle of heat transfer in metal material engineerin g,including thermal analysis technology is an important research method,and this method also got peo ple's attention increasingly,also has been widely used in the study.Keywords:heat transfer;metal materials;convective heat transfer；radiation heat transfer0引言材料的发展与社会的进步有着密切的关系，它是衡量人类社会文明程度的标志之一，金属材料是现代文明的基础。
材料加工过程传输理论3传热
二、对流 对流是指流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺
混所引起的热量传递方式。对流仅能发生在流体中，而且必然 伴随着导热。工程上常遇到的不是单纯对流方式，而是流体流 过固体表面时对流和导热联合起作用的方式。后者称为对流换 热以区别于单纯对流。本课程主要讨论对流换热。
对流换热按引起流体流动的不同原因可分为自然对流与强 制对流两大类。自然对流是由于流体冷、热各部分密度不同而 引起的，暖气片表面附近热空气向上流动就是一个例子。如果 流体的流动是由于水泵、风机或其它压差所造成的，则称为强 制对流。另外，沸腾及凝结也同于对流换热，熔化及凝固则除 导热机理外也常伴有对流换热，并且它们都是带有相变的对流 换热现象。
《材料加工过程传输理论》 传热理论
北京航空航天大学材料学院 周铁涛 2015.9
BUAA
第八章 热量传输的基本概念
热量传输简称传热(Heat transfer)，是一种极为普遍而又重 要的物理现象。
材料加工工艺中的加热、冷却、熔化和凝固均与热量的传 递息息相关。
热量传输是研究不同物体之间或者同一物体不同部分之间 存在温差时热量的传递规律，主要包括热量的传递方式以及在 特定条件下热量传播和分布的有关规律。根据热力学定律，热 能总是由高能物体向低能物体传递，物体间温差越大，热量传 递就越容易。由此可见，热量在传输中温度及其分布是最主要 的因素，温差是热量传输的推动力。
BUAA
导电固体中有相当多的自由电子，它们在晶格之间像气体 分子那样运动。自由电子的运动在导电固体的导热中起着主要 作用。在非导电固体中，导热是通过晶格结构的振动，即原子、 分子在其平衡位置附近的振动来实现的。晶格结构振动的传递 在文献中常称为格波(又称声子)。
至于液体中的导热机理，还存在着不同的观点。有一种观 点认为液体定性上类似于气体，只是情况更复杂。因为液体分 子间的距离比较近，分子间的作用力对碰撞过程的影响远比气 体大。另一种观点则认为液体的导热机理类似于非导电体，主 要靠格波的作用。
制熟工艺的导热原理与运用
制熟工艺的导热原理与运用导热原理是指热量在物体中传递的过程。
在制熟过程中，导热原理的运用是十分重要的。
本文将从导热原理的基本概念、导热方式以及在制熟工艺中的具体应用等方面进行探讨。
导热原理是热量从高温区传递到低温区的过程。
热量在物体内部的传递是以分子间的碰撞和能量传递为基础的。
导热的方式主要有三种：传导、对流和辐射。
首先是传导。
传导是指热量通过物体内部分子的碰撞传递。
传导的速度与物体的热导率、温度差和物体的几何形状有关。
在制熟过程中，传导是主要的导热方式之一。
例如，制作热水器时，热源通过热导率较高的金属管传导给水，使水温升高。
其次是对流。
对流是指热量通过流体的流动传递。
当流体受热后，密度减小，上升形成对流循环。
对流的速度与流体的流动性质、温度差和物体的形状有关。
在制熟工艺中，对流也是常见的导热方式之一。
例如，烹饪过程中，通过搅拌食材，使热量更快地传递到食材表面，加快了熟化的速度。
最后是辐射。
辐射是指热量通过电磁波的辐射传递。
辐射不需要介质来传递热量，可以在真空中传递。
辐射的速度与物体的表面温度、辐射率和距离有关。
在制熟工艺中，辐射也有一定的应用。
例如，使用微波炉加热食物时，微波会通过辐射将热量传递给食物，使其迅速加热。
在制熟工艺中，导热原理的应用非常广泛。
下面以几个具体的案例来说明。
首先是烧烤。
烧烤是一种通过传导和辐射导热方式来进行的制熟工艺。
在烤肉的过程中，通过直接接触烤炉的热源，使肉的表面温度升高，然后通过传导将热量传递到内部，使肉均匀加热。
同时，烤炉内的红外辐射也会对食材进行加热，使熟化更加均匀。
其次是煮沸。
煮沸是一种通过对流导热方式来进行的制熟工艺。
在煮沸的过程中，将水加热至沸点后，水中的热量通过对流传递给食材，使其熟化。
同时，搅拌食材可以加快对流的速度，使热量更快地传递到食材表面。
再次是蒸煮。
蒸煮是一种通过传导和对流导热方式来进行的制熟工艺。
在蒸煮的过程中，通过将水加热至沸点，产生蒸汽，蒸汽中的热量通过传导将食材加热。
机械热加工的工作原理
机械热加工的工作原理机械热加工是一种常见的金属加工方法，通过对金属材料进行高温加热和塑性变形，使其形成所需形状和尺寸的工件。
本文将介绍机械热加工的工作原理，包括加热和塑性变形两个方面。
一、加热原理机械热加工的第一步是对金属材料进行加热。
加热的目的是提高材料的温度，使其达到塑性变形所需的温度范围，并改变其内部组织结构。
加热有以下几种常见的方式：1. 火焰加热：通过燃烧燃气和空气产生的火焰将热能传递给金属材料，提高其温度。
2. 电阻加热：利用电阻加热设备通过电流产生的热量，将热能传递给金属材料。
3. 感应加热：通过磁场感应生成涡流，使金属材料发热，并提高其温度。
4. 焊接加热：在焊接过程中，焊接电弧或激光束的热能将金属材料加热至熔化或塑性变形温度。
二、塑性变形原理一旦金属材料被加热到塑性变形温度，就可以进行塑性变形。
在机械热加工过程中，常用的变形方式包括：1. 锻造：将金属材料置于锻模中，通过冲击或挤压等方式施加力量，使其在高温下变形成所需形状。
2. 轧制：将金属材料通过一对或多对辊筒进行挤压，改变其截面形状和尺寸。
3. 拔丝：将金属材料通过模具的孔径拉伸，使其形成细长的丝状工件。
4. 挤压：将金属材料放置在某种形状的模具中，通过施加压力使其在模具孔口中变形。
在塑性变形过程中，金属材料受到外力作用，原子之间的结合力被破坏，从而使原子重新排列，形成新的晶体结构。
这种晶体结构的变化使材料的性能得到改善，如提高强度、硬度和耐磨性等。
总结：机械热加工的工作原理包括加热和塑性变形两个方面。
加热过程通过火焰加热、电阻加热、感应加热和焊接加热等方式提高金属材料的温度。
塑性变形过程通过锻造、轧制、拔丝和挤压等方式改变金属材料的形状和尺寸。
在塑性变形过程中，金属的晶体结构发生变化，从而改善了材料的性能。
机械热加工是一种广泛应用于金属加工中的重要方法，它可以制造出各种复杂形状和高精度的金属工件。
食品加工过程中的热传导与传热技术研究
食品加工过程中的热传导与传热技术研究食品加工是将原始食材经过一系列的处理和加工工序，使其具有更好的味道、质地和保质期。
而在这个过程中，热传导与传热技术起着关键的作用。
本文将探讨食品加工过程中的热传导原理及传热技术研究的重要性。
一、热传导原理热传导是热量从一个物体传递到另一个物体的过程。
在食品加工中，热传导负责将热量从热源传递到食材中，使其加热达到所需的温度。
热传导的主要机制有三种：导热传导、对流传热和辐射传热。
导热传导是指通过物体内部的分子振动和固有能量传递而产生的热传导。
食品加工中常用的加热方式是通过将加热源和食材直接接触，使热量通过导热传导加热食材。
导热传导在食品加工中占据主导地位，因为它能够快速、均匀地将热量传递到食材中。
对流传热是指通过流体的对流与湍流运动来实现的热传导。
在食品加工中，常采用对流传热的方式是通过加热介质，如油或水将热量传递给食材。
对流传热的优点是传热时间短，但对食材的温度控制有一定的难度。
辐射传热是指通过辐射方式将热量传递给物体的过程。
在食品加工中，辐射传热往往和导热传导结合使用。
例如，通过微波辐射加热食材时，微波能量首先与食材的表面发生相互作用，形成局部加热，然后通过导热传导使整个食材温度均匀升高。
二、热传导与食品加工的关系热传导在食品加工中的应用非常广泛，它直接影响着食材的加热效果和品质。
传热技术的研究和应用可以提高食品加工的效率和质量，降低能源消耗和生产成本。
在传统的食品加工过程中，传热技术的研究主要集中在优化传热介质的选择和加热设备的设计。
例如，在热风炉中，通过优化炉体结构和加热器的布置，使热空气均匀地流过食材，从而提高传热效果。
另外，在油炸和炒菜这类高温快速加热的过程中，传热技术的研究可用于改进食材的热传导性，提高油温的稳定性和均匀性。
随着科技的发展，新型的传热技术也逐渐应用到食品加工中。
例如，脉冲电场加热技术通过在食材中施加特定频率和强度的电场，使分子以极快的速度振动，从而实现快速加热。
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热加工传输原理大作业题目:焊接传热传质的研究:班级:学号:日期:工业大学材料科学与工程学院动量、热量和质量的传输现象广泛地存在于金属热态成形时所使用的各种工程装备和仪器之中，尤其是焊接机械上显而易见。
焊接的处理过程中总是伴随着“三传现象”,所以焊接热过程是一个非常复杂的过程，它具有局部性、瞬时性、非稳态性等特点。
作为焊接传热传质过程研究的对象，主要有三个区域：焊接电弧；焊接电弧与熔池界面；焊接熔池与周围固体材料。
同时，本文又针对摩擦焊接焊接接头金属流动过程以及焊接熔池金属传热传质有具体研究。
一、三个区域的传热传质1.焊接电弧中的传热与传质电弧等离子体是一个电、光、热、磁、声、力等共同作用、相互制约的统一平衡体。
其间存在着电能与其它各种能量形式之间的转换。
这种转换依赖于质量的传输，如中性粒子的电离与复合。
这些不同形式的能量都可通过系统的能与温度联系起来。
可见，电弧是一种包含带电粒子的流体，因而它不但满足描述流体运动的控制方程，而且还满足描述电磁规律的方程组（即Maxwell 方程组）。
所以对电弧传输过程的数值分析，就是在一定的边值条件下对上述方程组的解析。
在直流正极性非熔化焊接条件下，阴极与阳极表面（焊接熔池）间的电势差造成电流通过部分电离的气体，并在其间将电能转换为热能。
通过导电介质的电流会产生磁场，磁场与电场相互作用形成电磁力场。
这种复杂而相互耦合现象的最终效应是形成高温、高速等离子流。
对于焊接工作者来说，研究电弧等离子体的目的主要是探明影响电弧稳定燃烧的因素，为焊条与电极材料的选择和制造及焊接电源及其控制系统的设计提供依据；确定近工件界面处的电弧温度分布、压力分布和电流密度分布，为焊接熔池的传热传质计算模型的建立提供真实可靠的数据。
2.焊接熔池界面处的能量、动量和质量传输在焊接电弧和焊接熔池的数值模拟中，电弧与熔池的边界是作为一个确定的热边界和电流边界来处理的。
在某种意义上说，该边界能量、动量和质量的传输决定着电弧模型和熔池模型数值计算的成败。
其间的传输过程主要有：①电弧以辐射、对流、传导的形式将热能传于被焊工件；②焊接电流经该区域进入被焊工件，形成电流回路，这不但影响着电弧的形态，而且还会影响工件的电流密度分布，从而改变熔池的电磁作用力；③电弧力对焊接熔池做功，造成熔池变形。
这种变形的自由表面，不但会改变熔池的传热、传质条件，还会改变电弧的热流密度和电流密度分布，形成电弧-熔池的双向作用。
所以，一个完整的焊接过程数值模拟应该是焊接电弧-焊接熔池的全耦合解；④被焊金属中合金元素的汽化；⑤高温下气体向液态金属的溶解。
3.焊接熔池与周围固体的传输现象该区域是焊接过程数值模拟的重点，因为这一区域的传热传质过程不仅决定着焊缝的形状、组织和性能，而且还决定着焊接热影响区的组织和性能、焊接接头中的残余应力和变形，以及焊接缺陷的产生等。
这一区域发生的主要传输过程有：①纯固体中的传导：发生于熔池周围的固体金属和冷却凝固后的焊缝金属中；②熔池的对流传输：焊接熔池在表面力、电磁力、浮力和电弧力的作用下，熔池的液态金属不但有热和溶质的传导，而且存在着强烈的对流旋涡运动；③固-液相变传热传质：伴随着金属的熔化和凝固，固-液界面处存在潜热的吸收与释放，并发生着溶质的再分配；④金属-蒸汽相变传热传质：液态金属中的合金元素和微量表面活性元素在电弧热的作用下发生汽化，并伴有汽化潜热的吸收和物质的扩散对流。
二、焊接接头中金属的流动焊接过程中，在焊接接头处热量的散发，异种原子在焊接接头的扩散，及外部能量的输入均对结晶后的焊接接头组织产生重大影响，由于组织决定性能，因此将对接头的性能产生很大影响。
下面以摩擦焊为例，研究接头塑性金属的流动行为。
1.摩擦焊接头的金属流动性摩擦焊接作为一种优质、精密、高效、节能和环保的固相连接技术，在航空航天及一般工业领域都有着巨大的应用潜力，在轻量化、高可靠性及低成本的装备制造中具有独特的优势。
摩擦焊是一个涉及温度、力学、冶金及其相互作用的高度复杂过程，此过程中以摩擦界面处材料的塑性变形为主，界面处塑性金属流动的产生以及流动行为将会影响到热源的产生以及界面的扩散与动态回复再结晶，进而影响到焊接接头的质量。
塑性金属层是否连续、完整和牢固地覆盖于摩擦界面，对能否形成无缺陷、优质的焊接接头具有重要影响。
因此，研究摩擦焊接过程中塑性金属流动行为非常重要。
2.旋转摩擦焊接头的金属塑性流动摩擦热的处理都是以当量热流密度的形式从摩擦界面输入，模型简化过多，尽管部分计算结果与实验结果吻合，摩擦焊条件下的塑性流动行为仍然没有被很好地阐明。
国在1984年采用了急停技术对45钢连续驱动摩擦焊接过程中变形层和高温区的扩展过程进行了研究。
实验开展了摩擦压力和摩擦时间对变形层和高温区扩展过程规律的研究，并揭示了在摩擦加热开始时，变形层首先在距离圆心1/2~2/3 半径处的摩擦表面上形成。
变形层的厚度随摩擦压力的增大而增大。
史弼采用解析法对摩擦焊接过程中的高温塑性变形区进行研究，定性地分析了焊接参数对塑性区宽度的影响。
3.搅拌摩擦焊接过程的塑性流动在搅拌摩擦焊接过程中，工具形状、焊接参数和待焊材料直接影响焊缝金属的塑性流动，从而决定了焊核区、热机械影响区、热影响区的大小和性能。
焊缝组织的形成过程复杂，受诸多因素影响，如焊缝金属及母材成分、焊接热循环过程、焊缝中夹杂物尺寸和分布、奥氏体晶粒成分和尺寸等等。
通过相变热力学计算，可确定铁素体、珠光体、贝氏体等形核孕育时间以及转变开始温度;通过相变动力学计算，可确定新生相晶粒生长速度并计算最终的质量百分比。
由于焊接是一个不平衡的连续冷却过程，进行热力学、动力学计算比较困难，而且组织转变过程中的部分参量尚未有明确的物理模型和数学表达式，因此，模拟接头微观组织仍然十分困难。
焊接接头微观组织的计算机模拟方法并对其中广泛应用的蒙特卡罗法和元胞自动机法用于晶粒生长微观模拟的研究现状及发展趋势。
采用计算机模拟技术研究焊接接头微观组织及其变化对材料性能的影响是近年来焊接模拟技术研究领域中的热点和前沿课题之一。
确定性方法是指在给定时刻，一定体积熔体晶粒的形核密度和生长速率都是确定的函数。
到目前为止确定性方法已经得到了广泛的发展。
运用确定性方法建立的模型可成功预测微观组织的特征，如等轴晶的平均尺寸和柱状晶的纵向生长等。
在低合金钢焊缝奥氏体晶粒尺寸计算模型，该模型从晶粒长大的基本理论出发，考虑了焊接条件下的影响因素，综合了焊缝金属合金元素对奥氏体晶粒长大的影响，建立了一个在连续冷却条件下基于碳原子扩散速率的低合金钢焊缝金属奥氏体晶粒尺寸的计算模型。
对于基于夹杂物惰性界面非扩散形成的针状铁素体连续转变动力学模型，该模型可以用来研究焊缝中针状铁素体的转变特征，包括转变温度围、转变程度以及与焊缝化学成分、工艺参数、相变温度之间的关系、相变过程中的最大可能转变趋势等。
但这种方法往往忽略了与晶体学有关的各个因素，无法考察模壁邻近晶粒择优生长形成柱状晶区，因此无法预测发生在模壁附近的等轴晶向柱状晶的转变和柱状横截面尺寸的变化，也无法模拟晶粒向液相区生长和柱状晶向等轴晶的转变等。
搅拌摩擦焊过程热传导和材料流动有着明显的不对称性，而且随着焊接速度和搅拌头旋转速度的提高，这种不对称性也在增强。
最近，Nandan 等人还建立了搅拌摩擦焊接中碳钢三维粘塑性流动和传热模型，模型采用非牛顿粘性计算了金属的流动，文献得到了不同深度的水平面流线(如图所示)，流线显示了近圆的存在，且为闭合的流线，这说明搅拌针周围材料存在回流。
图中还表明材料移动主要发生在后退侧。
国栾国红等在铝合金搅拌摩擦焊接头行为分析中详细介绍了搅拌摩擦焊接头塑性流变数值模拟所得到的结果。
在搅拌头轴肩下大约1.5mm处，搅拌摩擦焊前进侧的塑性流体结构中存在一个不稳定区域--紊流区。
这个紊流区的存在会严重改变金属材料的过渡途径。
王大勇等建立了搅拌摩擦焊过程中热塑性软化区的流动行为物理模型，并将塑性软化区分为3层:轴肩附近、搅拌针上部和搅拌针下端附近。
通过模型的建立和计算得出3层的材料流动特征各不相同:轴肩附近的材料首先流入因搅拌针行进而在搅拌针后部留下的空腔，剩余材料则围绕着轴肩由前进侧流动到搅拌头的后部;搅拌针上部附近的材料以剪切的方式从搅拌针前部流动到搅拌针后部;而搅拌针下12 端附近的材料以挤压的方式从搅拌针的前部流动到搅拌针的后部。
王希靖等和王训宏等均采用FLUENT流体工程仿真软件对搅拌摩擦焊焊缝金属的塑性流动进行了数值计算与模拟。
文献初步得出了搅拌摩擦焊焊缝塑性流体流动横向、纵向规律。
从已有的文献来看，采用FLUENT软件能较好地模拟FSW中流体的塑性流动，但温度场无法很好阐明。
同时，由于搅拌摩擦焊接头的特殊性，看作纯流体也是对实际过程的较大简化，结果也不太理想。
建立基于非线性连续介质力学有限元模型，研究不同参数下的搅拌摩擦焊接条件下的材料流动，模拟结果表明，焊缝前进侧存在漩涡，且漩涡中材料流动速度随着移动速度的增加而增加。
热传输现象在焊接中广泛存在，利用传输原理中的三传现象相关原理对焊接接头的微观组织进行分析可以得到很接近事实的数据。
微观组织对焊接构件的性能具有非常重要的影响，对它进行模拟和预测具有非常重大的现实意义。
三、熔池金属的传热传质：熔池中熔化金属的对流对材料焊接区的热输送现象及所形成的焊缝形状尺寸有很大影响。
在此阐述对流热输送现象及其对母材熔化的作用。
对采用较低电流值的无添加焊丝GTA焊接，其熔池形状呈圆弧形，比较容易模型化，因而做了较多的探讨。
然而，对于相同焊接条件的GTA焊接，即使是焊接同一规格的钢材（特别是不锈钢），其对母材形状亦会出现差异。
GTA焊接，阳极和阴极之间产生的电弧热主要由从阴极到阳极流动着的电子流以及等离子体气流的热传导传送到母材，进入母材的热量使母材的热量使母材熔化并形成熔池。
该热量的绝大部分在熔池运动着，以及通过熔池和母材的界面（固液界面）流入母材，此部分热量在母材中因热传导而散失掉，此外，熔化金属或合金成分的蒸发会从熔池带走热量。
然而，即使相同数量的热量从电弧进入焊接熔池，因熔池部熔化金属流动情况或热对流、热输送的不同，最终所形成的焊缝断面形状、尺寸也会有很大的差别。
熔池部存在着液态金属的流动，力是产生液体流动的原因。
无添加焊丝GTA焊接，电弧作用下熔池部的对流驱动力，有下图所示的4种。
图（a）所示为电弧等离子气流作用下产生的熔池金属的对流。
电弧等离子气流以电弧压力的形式作用于熔池，使熔池的中心区出现凹陷，同时又从熔池的中心区向周边区流动，把熔池表面从中心区从周边区拉伸，对熔池表面金属形成从熔池中心向熔池周边区流动。
图（b）是由于熔池表面上的表面力差产生的对流，称作表面力流。