材料冶金传输原理课件.ppt

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1、绪论一、课程的性质和目的本课程是金属材料工程专业本科生的专业基础课程，它涵盖了“流体力学”、“传热学”及“传质学”课程的内容。本课程的任务是系统而全面地从动量、热量及质量传输观点，阐述了流体流动过程以及传热传质过程的基本理论，及其在冶金工程中的主要应用。要求学生要掌握上述三个传输过程的基本概念、基本原理和基本计算方法。以便为学习后续专业课程奠定必要的基础。§1课程简介§2“三传”的内在联系和类似规律性质本课程为一门专业技术基础课，属于工程基础理论课程，是专业主干课，必修课。研究对象动量传输热量传输质量传输源于流体力学源于传热学源于传质学基础课程高等数学物

2、理化学§1课程简介理论力学什么是传输过程？物理量从非平衡状态朝平衡状态转变的过程。具有强度性质的物理量（如温度、组分浓度等）在系统内不均匀时就会发生物理量的传输。动量传输：在垂直于流体实际流动的方向上，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；产生原因：三者都是由于系统内部存在速度、温度和浓度梯度的缘故。§2“三传”的内在联系和类似规律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在实际冶金传输过程中往往包括有两种或两种以上传输

3、现象，它们同时存在，又相互影响。为什么把“三传”放在一起讲？“三传”的类似性传递的方式分子扩散传递湍流传递流场中速度分布不均的时候产生了切应力；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；旋涡混合造成的流体微团的宏观运动引起。第1章概念和定义§1-1流体和连续介质§1-2流体的性质§1-3流体性质逐点变化§1-4单位19世纪前，流体力学的研究分为两个分支：一是理论分析方法：研究流体运动时不考虑黏性，运用数学工具分析流体的运动规律。另一个是实验方法：不用数学理论而完全建立在实验基础上对流体运动进行研究，解

4、决了技术发展中许多重要问题，但其结果常受实验条件限制。这两个分支的研究方法完全不同，这种理论和实验分离的现象持续了150多年。评论家称“工程师观察着不能解释的现象，数学家解释着观察不到的现象”。直到20世纪初普朗特提出了边界层理论为止。普朗特将经典力学与实验力学融合为一个理论体系，开启了现代流体力学。第1章概念和定义路德维奇.普朗特（LudwigPrandtl）1875年2月4日出生于德国的弗莱辛1953年8月15日卒于哥廷根现代力学的奠基人之一，他创立了边界层理论、薄翼理论、升力线理论，研究了超声速流动，提出普朗特－葛劳渥法则，并与他的学生梅耶一起研究

5、了膨胀波现象（普朗特－梅耶流动），并首次提出超声速喷管设计方法。普朗特的开创性工作，将19世纪末期的水力学和水动力学研究统一起来，被称为“现代流体力学之父”。除了了在流体力学中的研究工作，还培养了很多著名科学家，其中包括冯.卡门、梅耶等著名流体力学家，对我国流体力学研究做出奠基工作的陆士嘉教授也曾是普朗特的学生。第一章概念和定义流体、运动和力（能量）是构成流体力学的三个基本要素。1.1流体和连续介质流体：在剪应力作用下能够产生连续形变的物质。流体的微观和宏观特性流体分子微观运动自身热运动流体团宏观运动外力引起统计平均值流体微团：具有流体宏观特性的最小体积

6、（即临界体积△V*或△τ*）的流体团。缺点：（1）△V*虽然很小，但仍存有线尺度，不能与数学上点的概念相统一；（2）在流体运动过程中微团将变形。为了符合数学分析的需要，引入流体质点模型。优点：（1）流体质点无线尺度，无热运动，只能在外力作用下作宏观平移运动；（2）将周围临界体积范围内的分子平均特性赋于质点。为了描述流体微团的旋转和变形引入流体质元（流体元）模型（1）流体元由大量流体质点构成的微小单元（δx，δy，δz）（2）由流体质点相对运动形成流体元的旋转和变形运动。连续介质概念（假设）欧拉1753年首先提出。忽视流体微观结构的分散性,将流体看成是由无

7、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连续介质假设：假设流体是由连续分布的流体质点组成的介质。优点：（1）可用连续性函数B(x,y,z,t)描述流体质点物理量的空间分布和时间变化；（2）由物理学基本定律建立流体运动微分或积分方程，并用连续函数理论求解方程。连续介质概念的适用范围除了稀薄气体与激波的绝大多数工程问题，均可用连续介质模型作理论分析。1.2流体的性质流体的密度：单位体积流体的质量流体性质与流动特性：不可压缩流体：在很大的温度和压力范围内，密度几乎不变的流体。流体的点应力：单位面积上流体所受的力法向应力切

8、向应力作用在流体上的力一类是长程力（体积力）：能穿越空间作用到所有流体元上，不通