冶金传输原理-动量传输

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1、冶金传输原理材料科学与工程学院周勇敏前言一、冶金传输原理的课程性质该课是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。顾名思义，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中的动量传递（流体流动行为）、热量传递和质量传递三大部分。二、冶金传输原理课程的内容使冶金物理过程得到深入而定量的求解；对冶金过程及现象认识由表及里。传输原理在冶金过程中的作用学习冶金传输原理的目的：深入理解各种传输现象的机理，为理解冶金工艺过程奠定理论基础，对改进和优化各种冶金过程和设备的设计、

2、操作及控制提供理论依据；为将来所要研究和开发的冶金过程提供基础数学模型，以此为基础，可以对冶金过程进行模拟研究，加速研发过程，降低研发成本。质量传递三、传输现象在冶金过程中普遍性及重要性1大多数冶金过程都是高温、多相条件下进行的物理化学过程，每一个化学反应都包含以下反应步骤：①反应物向反应面（反应区域）的运动（传输、传递、输运）；②在反应区域（反应界面）发生化学反应；③化学反应产物的排出（传输）。在以上三步骤中速率（速度）最慢的一步将限制（控制）化学反应的速率——化学反应的限制性环节（瓶颈）。以后冶金原理会告诉我们，冶金反应大都不受化学反应速率的影响（第二步是非限制性环节），即反应物或产

3、物的运动(质量传递)将控制整个化学反应的进程。2为使化学反应高效、快速进行，必须采取措施加速质量传递，这就要研究质量传输的机理，讨论研究方法。热量传递冶金过程一般是高温过程，这就要求我们调整和保持冶金容器（反应器）内温度，从而有必要对热量传递和温度分布进行研究。动量传递3冶金过程离不开气体、液体（统称为流体），它们的流动状况（速度、分布）对质量传递和热量传递构成影响，且一般情况下又控制其它两项的传输过程，这就要求我们对动量传递过程（主要指速度、速度分布、作用力）进行研究。四、为什么把“三传”放在一起讲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。③在实

4、际冶金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。五、冶金传输原理与冶金热力学和动力学的区别和联系冶金传输原理：研究冶金过程物理现象与其机理。冶金物理化学：研究冶金反应的化学过程与其机理。1、课程内容具有较大难度；2、紧抓思路和方法；3、及时复习和练习。六：几点说明流程第一章动量传输的基本概念1.1动量传输的研究对象和方法1.2流体的主要物理性质1.3牛顿粘性定律1.4作用在流体上的力1.1动量传输研究的对象与方法动量传输是研究流体在外界作用下（力的作用下）的运动规律的一门科学——流体力学。研究对象——流体（气体、液体）研究方法——连续介质模型连续介质模型连续介质：

5、把流体视为有大量宏观上的质点(单元大小∆Vc)连续来构成的(质点间无间隙)。好处：流体的速度、压强、温度、密度、浓度等属性都可看做时间和空间的连续函数，从而可以利用数学上连续函数的方法来定量描述。流场：将上述连续介质模型描述的流体叫流场，或流体流动的全部范围叫流场。（1）密度（/相对密度)（2）重度（比重）（3）比体积(比容）（4）粘性（5）压缩性与膨胀性（6）表面张力特性1.2、流体的主要物理性质1.2流体的主要物理性质密度1、密度——单位体积内流体的质量称为流体的密度，通常用符号ρ表示。2、比容——单位质量流体所占的体积称为流体的比容，通常用符号v表示。kg/m3m3/kg1.2流体

6、的主要物理性质3、重度（比重）——单位体积内流体所受的重力称为流体的重度，通常用符号γ表示。N/m3流体的密度、比容和重度均是温度和压力（压强）的函数，因此在给出流体的上述物理性质时，一定要说明其对应的温度与压力1.2流体的主要物理性质温度(℃)0420406080100密度ρ(kg/m3)999.81000.0998.2992.2983.2971.8958.4重度γ(N/m3)9805.09807.09789.39730.59642.29530.49399.0比容ν×103(m3/kg)1.00021.00001.00181.00791.01711.02901.0434标准大气压下不同

7、温度时水的密度、比容和重度液体种类乙醇（酒精）苯甘油汞（水银）液态氢液态氧温度(℃)2020200-257-195密度ρ(kg/m3)789895125813600721206重度γ(N/m3)773887771233713337570611827标准大气压下常见液体的密度和重度液体的密度1.2流体的主要物理性质气体的密度对于理想气体可由气体状态方程计算【例1-1】计算标准状态下空气、氧气和氮气的密度。【解】标准状态下，温度和压力分