冶金传输的原理及应用
冶金传输原理1
流体：在剪切应力的作用下会发生连续的变形的物质。
连续介质模型：任一时刻流动空间的每点都被相应的流体质点占据这样的模型是连续介质模型。
粘性：在做相对运动的两流体层的接触面上，存在一对等值而反向的力来阻碍两相邻流体层做相对运动，流体的这种性质称作流体的粘性。
牛顿粘性定律：当流体的流层之间存在相对位移，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力的大小与速度梯度和接触面积成正比，并与流体的粘性有关。
0,x xy v dv F A H dy μτμ==±（应用范围）：应用于层流流动。
牛顿流体与非牛顿流体区别：是否服从牛顿粘性定律，即流动过程中的粘性切应力和速度梯度是否成正比。
作用在流体上的力：表面力，质量力或体积力。
拉格朗日法：把流体看成是由大量的流体质点组成的，着眼于对流体质点运动的描述，设法描述出每个质点自始至终的运动状态，即其位置随时间的变化规律。
是力学中质点运动描述方法在流体力学中的推广。
欧拉法：着眼于空间点，设法在流体空间的每一个点上，描述出流体运动随时间变化的状况。
梯度：()()P grad P nφφ∂=∂场量在空间变化快慢程度的一种度量，来源于等值面的方向导数，梯度就是最大的方向导数，不同等值面间显然两等值面的法线方向的距离最短，方向导数的取值也就最大标，量场的法向变化率即梯度，梯度本身是矢量，其正方向规定为沿等值面的法线方向，并指向函数值增大的一侧。
散度：divv v =∇⋅ 描述矢量场源（汇）及矢量场体积膨胀速度的一个概念表征物理量是否有源及源的强度。
散度可描述场在某点单位体积内源的强度，也可描述单位体积的体膨胀速率。
旋度：2rotv v ω=∇⋅= 描述流体旋转的强弱，旋度－－流体在流场中某点单位面积上的环量。
流场的分类：从时空依赖性上分类：稳定场、非稳定场；均匀场、非均匀场。
从密度场的变化性质上分类：可压缩流体、不可压缩流体。
《冶金传输原理》教学大纲.pdf
《冶金传输原理》教学大纲一课程简介课程编号：01014007-08课程名称：冶金传输原理（1-2）Principles of Transfer in Metallurgy课程类型：专业基础课（必修）学时：80 （12学时试验、6学时上机）学分： 5开课学期：4~5开课对象：冶金工程专业本科先修课程：高等数学、普通物理、计算机语言参考教材：《冶金传输原理》张先棹、冶金工业出版社、1991.11二课程性质、目的与任务《冶金传输原理》是冶金工程专业的一门重要的专业基础必修课程。
该课程的教学目的是要求学生掌握冶金传输过程的基础概念、基本理论。
本课程的任务是通过该课程的教学，使学生运用基本知识分析冶金过程，深入了解复杂的冶金反应过程中各因素的影响机理，从而为改进冶金工艺操作和设备、提高控制和设计水平打下基础，同时为冶金反应过程提供物理模型和数学模型，学习计算机求解的基本方法。
三教学基本内容与基本要求《冶金传输原理》课程主要内容有：动量传输、热量传输和质量传输三大部分，并介绍了三者的类似机理、相互关联的关系；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。
通过本课程学习，要求学生掌握冶金传输过程的基本理论，为“钢铁冶金学”专业课的学习打下较坚实的基础，培养学生分析冶金过程的问题和解决冶金过程问题的能力。
四教学内容及学时分配课程内容教学要求重点(☆)难点(Δ)学时安排备注第一章动量的传输基本概念4第4学期1.1 流体及连续介质 A1.2 流体的性质 A1.3 粘性动量通量、粘性力 A ☆Δ1.4 分析作用在流体上的力 C第二章第二章流场运动的描述 42.1流场运动描述的两种方法 C2.2 流线与迹线 B课程内容教学要求重点(☆)难点(Δ)学时安排备注2.3梯度、散度、旋度 B2.4 流函数、势函数 B2.5流体微团运动分析 B第三章第三章动量传输的基本方程6 2.1 连续性方程 A ☆2.2 实际流体的动量传输方程(N-S方程) A ☆Δ2.3 理想流体的欧拉方程 A2.4 伯努利方程 A ☆第四章第四章管道中的流动及孔口的流出 5 3.1管道中的流动 A3.2不可压缩流体的管流摩擦阻力 A ☆Δ3.3不可压缩流体的管流局部压力损失 B3.4管路计算 B3.5经过孔口的流出 C第五章边界层流动 4 5.1边界层的概念 A ☆5.2平板绕流摩擦阻力 A ☆Δ5.3绕流阻力和颗粒沉降速度 C第六章可压缩气体的流动 5 6.1 可压缩气体的概念 A ☆6.2 可压缩气体（理想气体）一元稳定等熵流动的基本方程A Δ6.3 一元稳定等熵流动的基本方程特性 A ☆6.4 变截面喷管中气流的变化特征 B6.5 渐缩喷管与拉瓦尔喷管 B6.6 激波 C第七章相似原理与模型研究方法 4 7.1相似的概念 A7.2对现象的一般数学描述及单值条件 B7.3相似定理——相似三定理 A ☆7.4相似准数 A Δ课程内容教学要求重点(☆)难点(Δ)学时安排备注7.5相似模型法 C第八章传热的基本方程 6 第5学期8.1基本概念 A8.2 热量传输的基本方式和基本定律 A ☆8.3 热量传输的微分方程 A ☆Δ8.4 初始条件和边界条件 A第九章导热89.1 稳态导热 A Δ9.2 不稳态导热 A ☆Δ9.3 导热的数值解法 A ☆第十章对流 610.1 对流给热的一般分析 A10.2平板层流给热的分析解法 A ☆Δ10.3层流边界层的近似积分解 B Δ10.4动量传输和热量传输的类比方法 B10.5相似理论指导下的实验方法 B第十一章辐射换热 611.1 基本概念 A11.2 黑体辐射的基本定律 A ☆Δ11.3 实际物体的辐射 A ☆11.4角系数 A ☆Δ11.5 两表面间的辐射换热 A11.6 辐射的网格方法 A11.7气体辐射 C第十二章质量传输 412.1质量传输的基本定律 A ☆Δ12.2 扩散传质 A ☆12.3 对流传质 A ☆Δ12.4 三传的类比 B（教学要求：A—熟练掌握；B—掌握；C—了解）五实习、实验项目及学时分配实验：（12学时）1．流体流速及流量测定，2学时2．流体动量平衡-伯努利方程的应用，2学时3．边界层特性实验，2学时4．空气纵掠平板时局部换热系数的测定，2学时5．空气纵掠平板时流动边界层和热边界层的测量，2学时6．法向辐射率εn的测量，2学时上机内容：（6学时）1．二维稳态导热的数值计算（第一类边界条件），2学时2．二维稳态导热的数值计算（第二类、第三类边界条件），2学时3．一维不稳态导热的数值计算（第二类、第三类边界条件），2学时六教学方法与手段理论教学、上机实习、实验教学、多媒体教学七参考书目1.《TRANSPORT PHENOMENA》(Second Edition) R.Byron Bird Warren E.StewartEdwin N.Lightfoot 、化学工业出版社、2002.82 动量、热量、质量传递原理[美]J.R.威尔特等北京：科学科学出版社，19843 计算流体力学吴子牛，北京：科学出版社，2001八大纲编写的依据与说明本课程教学大纲，是根据冶金工程专业本科生培养目标与要求，结合本课程的性质、教学的基本任务和基本要求，经过院教学委员会审定后编写的。
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”）。
材料加工冶金传输原理课件(吴树森概要
Pa
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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。
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1.1 流体的概念及连续介质模型
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Fn Fτ
F
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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
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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）
传输原理总结hunanuniversity of technology
冶金传输原理
Principles of Transfer in Metallurgy
du dy
d (u ) dy
动 量 通 量
动 力 粘 度
速 度 梯 度
运 动 粘 度
动 量 梯 度
15:46:13
冶金工程学院《冶金传输原理》绪论
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“三传”类比
热量传输——傅里叶定律：Fourier’s law
对于各向均匀同性的材料，在一维温度场中，单位时间通过单位面积的热
Limestone Blast Furnace Coke Sinter
Basic Oxygen Furnace Ladle Furnace Vacuum Degasser
Teeming Ladle Tundish Coke Oven DRI-unit CCmolds Coal Scrap
Coke Elec. Arc Furnace
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冶金工程学院《冶金传输原理》绪论
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课程内容
1. 2. 3. 4. 动量传输的基本概念 动量传输的基本定律 管流及其能量损失 冶金中的动量传输
一 、动量传输
二 、热量传输
1. 热量传输的基本概念 2. 导热（基本定律、微分方程、 解析解；数值解） 3. 对流换热 4. 辐射换热 5. 冶金中的综合传热
1960 年前后，出现了“动量、热量与质量传递”或“传递现象” 这一课程，各先进工业国家都将传输原理列入理工科大学的必修 课。此时美国威斯康辛大学的R.B.伯德等人合著的《传递现象》 一书问世，这是最早将动量、热量和质量传输现象归于一体的教 材，用统一的理论进行分析研究三种传输现象。 70年代后期，冶金传输原理普遍作为冶金、材料类理工科专业 的专业基础课；尤其随着计算机技术的发展，冶金传输原理已经 成为现代冶金与材料工程的理论基础。
冶金传输原理_朱光俊_热量传输的基本概念及基本定律
元体的热 量蓄积
元体对流热量 传输差量
元体导热热量 传输差量
方程的物理意义：表示流体在流动过程中的热量平衡关系 方程的适用条件：满足假设条件的对流导热过程
W/m2
t q y
W/m2
热量传递方向与温 度梯度方向相反
指温度梯度，℃/m；表述：物体的导 热通量与温度梯度成正比。负号表示 热量传递方向与温度梯度方向相反。
物体的导热通量与温度梯度成正比
9.2 傅立叶导热定律
3.导热系数 单位 物理意义 W/m. ℃ 表征物体导热能力的物性参数，即温度梯度 为1时，单位时间通过单位面积的导热量 物体的种类 气体（0.006~0.6）<液体<固体<金属 影响因素 温度
9.1 热量传输的基本概念
• 传热方程：实践证明，各种传热过程的传热量都和温度 差 t、传热面积A、传热时间 成正比。
Q K t A K t A q K t
J J/s (W) W/m2
• 热流量Φ：单位时间传递的热量。 • 热通量（热流密度）q：单位时间通过单位面积传递的热量。 • 传热系数K：单位时间、单位面积、温度差为1℃时传递的 热量，即单位传热量。
9.1 热量传输的基本概念
一维温度场
温 度 场
空间
二维温度场
三维温度场
物理量性质
数量场
一维稳态温度场： t f ( x )
一维不稳态温度场： f (x, ) t
9.1 热量传输的基本概念
• 等温面：温度场中，同一时刻 温度相同的点所构成的面。 • 等温线：一平面与等温面的交 线。
冶金传输原理第三章第4-5节
3.5.3 薄材的不稳态导热
对于薄材问题，固体导热微分方程不能适用，因为若将固体内的 温度分布视为均匀，则便无导热的发生，于是物体的温度便不会 随时间而变化。
实际物体内部并非无温度梯度，而是 dt 趋于0，或趋于
可以将物体视为一质点。
dx
设有一任意形状的物体，体积为V，表面积为F，热物性参数 、
Cp为常数，初始温度t0 ，将其突然放置在温度为tf 、对流给热系数 h 为常数的某流体中。
假设该物体可以视为薄材（即条件满足Bi≤0.1）
根据热力学第一定律，单位时间内热量的传递转化为：
h F(t f
t)
C pV
dt
d
dt
d
F h
C pV
(t
tf
)
0
或
dt F h
d CpV (t t f )
初始条件 = 0 , t = t0 。求解该微分方程。
解：由分离变量法便可以求解该微分方程，
具体说来，什么样的物体可以看作是“薄材”呢？
从几何概念上讲，一是物体足够的小，小到可以将它看作是一 个质点，但微观上看足够的大，足以统计其温度及其随时间的变 化；或是物体足够的“薄”，而且外部环境温度均匀。
但是，“薄材”并不单纯是一个几何概念。即使是一个很大的 物体，如果它的热扩散系数非常的大，它内部的温度总保持均匀， 均匀地随时间变化，始终可以用任意一点的温度来表示整个物体的 温度变化，那么，这个物体就是“薄材”，也叫做“集总参数系 统”，即，用该系统中某一点的X参数，就可以代表整个系统的X参 数。
tf , h =const
τ=τ3, tw = t3
(tw tf )
s
-s 0 s
x
材料加工冶金传输原理ppt课件
v∞
v∞
紊流核心区
v∞
vx
缓冲区 vx
层流底层
4
一般平板 :
实验表明 : 4.1.3 管流边界层:
Le起始段
Rec 3105
1
L Re
层流
湍流
层流：当Re Re c,即层流边
界层在流过一段距离后其（x)
已达到或超过管轴，以后整个 管截面上均保持层流流动
vx呈抛物线分布 Le 0.05 Re D
x
当地阻力系数：Cf 0.646
0.646 / x
Rex
总阻力系数：
CD 1.292
1.292 / L
ReL
布拉修斯精确解：Cf 0.664 / Rex
CD 1.328 / ReL
当 3 105 Re 107 (湍流)
0.381
x
1
Re
5
x
CD
0.074
1
Re 5 L
15
x
即 0
vx y
y0 0.332v
v
x
总摩阻D : (b为板宽)
L
D 0dA b 0dx 0.664vb
A
0
总阻力系数 : Cd :
Cd
D
0.5 v2 A
1.328
Re L
当 Re 3 105时有效
Re L
9
4.3 边界层积分方程 层流:无压力梯度
层流：无压力梯度（势流 P 0, 湍流 P 0），当 P 0
dP dx
0
0
0
依势流柏努利方程（柏努利方程微分式）
dP
vdv
0
1
dP dx
v
dv dx
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冶金传输的原理及应用
1. 引言
冶金传输是指将金属和合金从一个地方运输到另一个地方的过程。
它在冶金工
业中起着至关重要的作用。
本文将介绍冶金传输的原理和应用，并通过列举例子帮助读者更好地理解。
2. 原理
冶金传输的原理基于物质的运动规律和力学原理。
以下是冶金传输的主要原理：
2.1 重力传输
重力传输是最常见的一种冶金传输方式。
它基于物体受重力作用而向下运动的
特性。
例如，在炼钢过程中，钢水通过重力从高炉注入到连铸机中。
重力传输的优点是简单且成本低廉，但其局限性是只适用于短距离和较小负载的传输。
2.2 气力传输
气力传输是利用气体流动的动力将物料从一个地方运输到另一个地方。
常用的
气体有空气、氮气和惰性气体等。
气力传输广泛应用于铸造、冶炼和烧结等工艺中。
例如，在冶金烧结过程中，通过气体将矿石和燃料输送到烧结机中。
气力传输的优点是传输距离远、传输速度快，但其缺点是能耗较高且对物料的流动性要求较高。
2.3 液力传输
液力传输是利用液体流动的力将物料从一个地方传输到另一个地方。
常用的液
体有水、液态金属等。
在铸造过程中，熔融金属通过液力传输到模具中进行浇铸。
液力传输的优点是传输效率高、传输速度快，但其缺点是需要消耗大量的液体介质，且在一些特殊情况下可能引起氧化或腐蚀。
3. 应用
冶金传输主要应用于冶金工业中的炼铁、炼钢、铸造和烧结等工艺过程。
以下
是冶金传输在这些工艺中的应用示例：
3.1 炼铁
在炼铁过程中，冶金传输用于将铁矿石、焦炭和石灰石等原材料输送到高炉中。
通过气力传输或重力传输，各种原料按照一定的比例和顺序加入高炉，实现铁的提取和冶炼。
3.2 炼钢
炼钢过程中，冶金传输用于将熔融钢水从炼钢炉或转炉中输送到连铸机中进行
铸造。
通过重力传输或液力传输，钢水顺利地从炉内流出，确保了铸造过程的连续进行。
3.3 铸造
在铸造过程中，冶金传输用于将熔融金属从炉中输送到模具中进行浇铸。
通过
液力传输，熔融金属被均匀地注入到模具中，形成所需的铸件。
3.4 烧结
烧结过程中，冶金传输用于将矿石、焦炭和燃料等原材料输送到烧结机中。
通
过气力传输，原料在烧结机内得到充分的混合和反应，最终形成烧结矿。
4. 总结
冶金传输是冶金工业中不可或缺的环节。
重力传输、气力传输和液力传输是常
用的冶金传输方式，它们各有优缺点，在不同的冶金工艺中有着广泛的应用。
通过冶金传输，各种原材料可以高效、连续地输送到指定的位置，为冶金工业的发展和生产提供了重要的支持。
以上是冶金传输的原理及应用的介绍，希望对读者对冶金传输有更深入的理解。