冶金傳輸原理-動(dòng)量傳輸

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1、冶金傳輸原理材料科學(xué)與工程學(xué)院周勇敏前言一、冶金傳輸原理的課程性質(zhì)該課是冶金工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程。其特點(diǎn)是運(yùn)用到較多高等數(shù)學(xué)方面知識(shí)，課程難度較高，該課與冶金熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)、金屬學(xué)共同構(gòu)成專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)核心課程。顧名思義，冶金傳輸原理主要是研究和分析冶金過(guò)程傳輸規(guī)律、機(jī)理和研究方法。主要內(nèi)容包括冶金過(guò)程中的動(dòng)量傳遞（流體流動(dòng)行為）、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞三大部分。二、冶金傳輸原理課程的內(nèi)容使冶金物理過(guò)程得到深入而定量的求解；對(duì)冶金過(guò)程及現(xiàn)象認(rèn)識(shí)由表及里。傳輸原理在冶金過(guò)程中的作用學(xué)習(xí)冶金傳輸原理的目的：深入理解各種傳輸現(xiàn)象的機(jī)理，為理解冶金工藝過(guò)程奠定理論基礎(chǔ)，對(duì)改進(jìn)和優(yōu)化各種冶金過(guò)程和設(shè)備的設(shè)計(jì)、

2、操作及控制提供理論依據(jù)；為將來(lái)所要研究和開(kāi)發(fā)的冶金過(guò)程提供基礎(chǔ)數(shù)學(xué)模型，以此為基礎(chǔ)，可以對(duì)冶金過(guò)程進(jìn)行模擬研究，加速研發(fā)過(guò)程，降低研發(fā)成本。質(zhì)量傳遞三、傳輸現(xiàn)象在冶金過(guò)程中普遍性及重要性1大多數(shù)冶金過(guò)程都是高溫、多相條件下進(jìn)行的物理化學(xué)過(guò)程，每一個(gè)化學(xué)反應(yīng)都包含以下反應(yīng)步驟：①反應(yīng)物向反應(yīng)面（反應(yīng)區(qū)域）的運(yùn)動(dòng)（傳輸、傳遞、輸運(yùn)）；②在反應(yīng)區(qū)域（反應(yīng)界面）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；③化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物的排出（傳輸）。在以上三步驟中速率（速度）最慢的一步將限制（控制）化學(xué)反應(yīng)的速率——化學(xué)反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)（瓶頸）。以后冶金原理會(huì)告訴我們，冶金反應(yīng)大都不受化學(xué)反應(yīng)速率的影響（第二步是非限制性環(huán)節(jié)），即反應(yīng)物或產(chǎn)

3、物的運(yùn)動(dòng)(質(zhì)量傳遞)將控制整個(gè)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程。2為使化學(xué)反應(yīng)高效、快速進(jìn)行，必須采取措施加速質(zhì)量傳遞，這就要研究質(zhì)量傳輸?shù)臋C(jī)理，討論研究方法。熱量傳遞冶金過(guò)程一般是高溫過(guò)程，這就要求我們調(diào)整和保持冶金容器（反應(yīng)器）內(nèi)溫度，從而有必要對(duì)熱量傳遞和溫度分布進(jìn)行研究。動(dòng)量傳遞3冶金過(guò)程離不開(kāi)氣體、液體（統(tǒng)稱(chēng)為流體），它們的流動(dòng)狀況（速度、分布）對(duì)質(zhì)量傳遞和熱量傳遞構(gòu)成影響，且一般情況下又控制其它兩項(xiàng)的傳輸過(guò)程，這就要求我們對(duì)動(dòng)量傳遞過(guò)程（主要指速度、速度分布、作用力）進(jìn)行研究。四、為什么把“三傳”放在一起講①“三傳”具有共同的物理本質(zhì)——都是物理過(guò)程。②“三傳”具有類(lèi)似的表述方程和定律。③在實(shí)

4、際冶金過(guò)程中往往包括有兩種或兩種以上傳輸現(xiàn)象，它們同時(shí)存在，又相互影響。五、冶金傳輸原理與冶金熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的區(qū)別和聯(lián)系冶金傳輸原理：研究冶金過(guò)程物理現(xiàn)象與其機(jī)理。冶金物理化學(xué)：研究冶金反應(yīng)的化學(xué)過(guò)程與其機(jī)理。1、課程內(nèi)容具有較大難度；2、緊抓思路和方法；3、及時(shí)復(fù)習(xí)和練習(xí)。六：幾點(diǎn)說(shuō)明流程第一章動(dòng)量傳輸?shù)幕靖拍?.1動(dòng)量傳輸?shù)难芯繉?duì)象和方法1.2流體的主要物理性質(zhì)1.3牛頓粘性定律1.4作用在流體上的力1.1動(dòng)量傳輸研究的對(duì)象與方法動(dòng)量傳輸是研究流體在外界作用下（力的作用下）的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一門(mén)科學(xué)——流體力學(xué)。研究對(duì)象——流體（氣體、液體）研究方法——連續(xù)介質(zhì)模型連續(xù)介質(zhì)模型連續(xù)介質(zhì)：

5、把流體視為有大量宏觀上的質(zhì)點(diǎn)(單元大小?Vc)連續(xù)來(lái)構(gòu)成的(質(zhì)點(diǎn)間無(wú)間隙)。好處：流體的速度、壓強(qiáng)、溫度、密度、濃度等屬性都可看做時(shí)間和空間的連續(xù)函數(shù)，從而可以利用數(shù)學(xué)上連續(xù)函數(shù)的方法來(lái)定量描述。流場(chǎng)：將上述連續(xù)介質(zhì)模型描述的流體叫流場(chǎng)，或流體流動(dòng)的全部范圍叫流場(chǎng)。（1）密度（/相對(duì)密度)（2）重度（比重）（3）比體積(比容）（4）粘性（5）壓縮性與膨脹性（6）表面張力特性1.2、流體的主要物理性質(zhì)1.2流體的主要物理性質(zhì)密度1、密度——單位體積內(nèi)流體的質(zhì)量稱(chēng)為流體的密度，通常用符號(hào)ρ表示。2、比容——單位質(zhì)量流體所占的體積稱(chēng)為流體的比容，通常用符號(hào)v表示。kg/m3m3/kg1.2流體

6、的主要物理性質(zhì)3、重度（比重）——單位體積內(nèi)流體所受的重力稱(chēng)為流體的重度，通常用符號(hào)γ表示。N/m3流體的密度、比容和重度均是溫度和壓力（壓強(qiáng)）的函數(shù)，因此在給出流體的上述物理性質(zhì)時(shí)，一定要說(shuō)明其對(duì)應(yīng)的溫度與壓力1.2流體的主要物理性質(zhì)溫度(℃)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標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下不同

7、溫度時(shí)水的密度、比容和重度液體種類(lèi)乙醇（酒精）苯甘油汞（水銀）液態(tài)氫液態(tài)氧溫度(℃)2020200-257-195密度ρ(kg/m3)789895125813600721206重度γ(N/m3)773887771233713337570611827標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下常見(jiàn)液體的密度和重度液體的密度1.2流體的主要物理性質(zhì)氣體的密度對(duì)于理想氣體可由氣體狀態(tài)方程計(jì)算【例1-1】計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣、氧氣和氮?dú)獾拿芏取！窘狻繕?biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，溫度和壓力分