冶金传输原理

冶金传输原理电子教案

冶金与材料工程学院

2008年8月

冶金传输原理

（Principles of Transfer in Metallurgy ）

第 1 次课 课题： 绪论（0.5学时）

一、本课的基本要求

1．了解课程的性质、基本要求、主要内容、特点、教材与教参、成绩评定。 2．了解传输原理的研究对象、研究方法、冶金过程中的传输现象。

二、本课的重点、难点

难点：课程的总体介绍，能否激发学生的学习兴趣。

三、教参及教具

1．《钢铁冶金概论》 李慧主编 冶金工业出版社 2．《有色金属冶金学》 邱竹贤主编 冶金工业出版社 3．《冶金传输原理》 华建社 朱军等编 冶金工业出版社

教材：《冶金传输原理》 沈巧珍 杜建明编著 冶金工业出版社

0 绪论

0.1 冶金的分类

冶金：钢铁冶金、有色冶金。

共同特点：发生物态变化 固→液态

物理化学变化 原料与产品的性质、化学成分截然不同

1．钢铁冶金：原料是矿石 产品是钢铁

钢铁工艺流程：长流程 高炉—转炉—轧机 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−−→−冶炼铁水 面临主要问题：能源和环保。

（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−−→−炼制

海绵铁 （3）转炉炼钢：铁水、废钢、铁合金、氧气、造渣剂−−−→−一次精炼

钢水 （4）电炉炼钢：废钢（海绵铁）、铁水、铁合金、造渣剂−−−→−一次精炼

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

0.2 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。基础课：高等数学、大学物理。

二、课程内容

传输原理（动量、热量、质量传输） 简称“三传”（Momentum Heat and Mass Transfer ）

传输是指流体的（输送、转移、传递）⎪⎭

⎪

⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧物质传递过程传热过程动力过程的统称。

⎪⎭⎪⎬⎫

⎪⎩⎪⎨⎧质量热量动量的传递与输送⇒⎪⎭

⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧质量传输热量传输动量传输−−−→−类似统一性

（基本概念、运动规律、解析方法类

似）传输原理（理论） 从20世纪中叶以来，随着科学技术的发展，传输理论已成为一门独立学科，并广泛应用于冶金、材料、机械、化工、能源、环境等领域。

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（动力学），不涉及化学反应→《冶金原理》（热力学） ⇒动量、热量、质量传递的过程。（Transport Phenomena ）

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。

所以，冶金传输原理即为冶金中的动量、热量、质量传输理论，它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、实验研究和数值计算三种方法。

理论研究方法 以质量守恒定律、牛顿第二定律和热力学第一定律为基础，从宏观上研究传输问题。采用的分析方法是微元体平衡法，建立传输微分方程或积分方程并用数学解析法求解（简单问题）。

数值计算方法 对复杂问题（方程或边界条件复杂），借助计算机采用近似计算方法（如有限差分法、有限元法等）求解。

实验研究方法 用于理论计算结果正确性的验证、解决建立传输方程不易或方程难于求解的复杂问题。采用的实验方法主要是基于相似理论的模型实验法。

在研究传输问题时，理论、计算和实验三种研究方法相互补充，取长补短。

本课程主要介绍理论研究方法和一些实验研究方法，即以质量守恒定律、牛顿第二定律和热力学第一定律为依据，从宏观上介绍“三传”问题，重点介绍冶金过程中常常遇到的动量传输、热量传输、质量传输基本概念、基本定律及基本解析方法。

习题与思考题：加深对所学传输理论的理解和应用。 集中实验1周：理论联系实际，培养学生动手能力。

三、课程特点

难学：物理概念抽象，数学推导繁琐，计算公式多，计算过程复杂。（以物理概念为主，数

学为辅）重点掌握基本概念、基本定律、基本解析方法。

讲授方法：重点—讲授+作业，辅以习题课；难点—讲授+思考题，辅以讨论课。 学习方法：认真听课 勤于思考 重在实践 网络辅助 “勤学苦炼”

四、教学目的

使学生掌握冶金传输理论的基本概念、基本定律及基本解析方法，理解强化冶金生产过程和改进生产工艺的理论基础，同时使学生具备初步分析和解决冶金生产工艺过程的传输实际问题的能力。

五、参考书目

《冶金传输原理基础》沈颐身、李保卫等著冶金工业出版社

《冶金传输原理》张先棹主编冶金工业出版社

《冶金传递过程原理》梅炽编著中南工业大学出版社

《动量、热量、质量传输原理》高家锐主编重庆大学出版社

期刊：《冶金能源》、《工业炉》、《工业加热》、《钢铁》

课程资源：重庆科技学院课程中心

六、成绩评定

总分100分期末考试占70%（闭卷笔试）作业占20%（抄袭一次扣5分）课堂提问及讨论占10% 无故缺课一次扣3分。

第 1 次课 课题： 动量传输的基本概念（1.5学时）

一、本课的基本要求

1．了解传输的分类；流体的基本特性；气体状态方程。 2．掌握流体的主要特性、状态方程的应用。

二、本课的重点、难点

重点：气体状态方程及应用。

三、作业

习题P 14 1-11 1-15

思考题：不同状态方程中R 的含义及单位。

四、教参及教具

《动量、热量、质量传输原理》 高家锐主编 重庆大学出版社

第一篇 动量传输 （第1章~第8章）

动量、热量、质量传输同时存在，动量传输是最基本的传输过程，例如：炼铁高炉内气-固两相流动、炼钢转炉内气液两相流动对冶炼过程有很大的影响。

传输按其产生和存在的条件可分为：

⎪⎩

⎪

⎨

⎧。物性和流体的流动特性观运动所产生，取决于对流传输：由物体的宏散系数例如分子扩散取决于扩物性。传输特性构成，取决于物性传输：由物体本身

)( 研究对象：流体流动条件下的动量传递过程，其实质是流体流动过程中力、能平衡问题。 研究方法：移植自“流体力学”，即将流体视为连续介质，取流体的质点或微团为最小的解析对象。

动量传输的分类：

⎪⎩

⎪

⎨

⎧速度。决于流体的密度和流动的宏观运动所产生，取对流动量传输：由流体亦称粘性动量传输取决于流体的粘性而产生运动所产生的粘性作用微观分子物性动量传输：由流体

。。，）（ 显然，黏性流体在进行对流动量传输过程中，同时存在着物性动量传输过程。

思考：流体无宏观运动时，物性动量传输存在否？为什么？ 由思考引入下述内容：流体的性质和流体运动的基本特性。

第1章 动量传输的基本概念

1.1 流体的概念

流体：自然界中能够流动的物质，如液体和气体。 基本特性：流动性（剪切力作用下连续变形） 压缩性（膨胀性） P T V ∝ 黏性（阻滞流动的性质） 连续性

1.2 流体的密度、重度及比体积

密度：V m =ρ（均质流体），V m d d =ρ（非均质流体），kg/m 3