传输原理课件 本科教学课件.ppt

传输原理－－2 0 0 6 0. 绪论 传 输 原 理 0. 绪 论 传输原理：利用数学解析方法和计算技术，研究工业过程传输现象的学科 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，理工科专业的专业基础课，在冶金类院校里，我校是开设最早的学校之一。以贺友多教授、李保卫教授为主，在传输理论与应用方面作出了巨大贡献，在国内外享有盛誉。 传输原理的发展历程 传输现象（ TRANSPORT PHENOMENA ）为流体动力过程、传热过程及传质过程的统称，也称为传递理论或速率过程。在传输原理这一课程被提出之前，流体力学（动量传递）、传热学（热量传递）和传质学（质量传递）只是大学一些科系独立开设的课程。 传递现象与原理 物理现象 研究对象: 气体/液体/固体 以质量守恒定律、牛顿第二定律和热力学定律为基础，从宏观上而不是从微观上进行研究 研究程序：物理分析—数学模型（单值性条件）—解析解/数值解—分析、结论 研究方法：理论分析法/数值计算方法/实验研究方法 当代的工科教育越来越倾向于着重基本物理原理的理解,而不是盲目地套用结论.------伯德 三类传输现象： 动量传输 热量传输 质量传输 三个实验定律： 牛顿粘性定律 傅立叶定律 菲克第一定律 三种分析方法： 总体平衡法 微元平衡法 壳体平衡法 三个基本守恒准则： 质量守恒定律 牛顿第二定律 热力学第一定律 冶金学 现代冶金学是研究从自然资源中提取有用金属和制造材料的科学，包括两大领域，即提取冶金和物理冶金。 冶金过程 提取冶金：从矿石中提取金属的学科 冶金工程 物理冶金：通过成型、加工制造金属材料的学科 材料成型与控制 化学过程 物理过程 热力学 动力学 冶金过程大多是在高温下进行的，热力学已不是主要矛盾，动力学成为限制过程的关键性环节 传输原理为材料与冶金相关专业的专业基础课——是一门讲解用数学物理方法对材料与冶金工程问题进行研究的课程 伴随动量、热量和质量传输现象 传输原理在冶金过程中的应用，使冶金物理过程得到深入而定量的求解。使人们对物理过程表面现象的判断和粗略的估计逐步转化为由理论分析和数值计算得到的本质问题的定量解答。 传输现象在冶金过程中普遍性及重要性 1 传质： 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）最慢的一步将限制化学反应的速率——化学反应的限制性环节。 2 传动量： 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。 3 传热： 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。 传输现象在冶金过程中普遍性及重要性 4 总结： 动量、质量、热量传输实际上控制着冶金过程的进程与速率。为此，我们必须对其过程传输机理进行研究、对研究方法进行总结、对研究结果给予定量的表述。只有这样，我们才能在把握机理的前题下，采取必要的措施（改进工艺、设备），提高冶金过程效率（提高生产率）。 5 实例说明： 钢铁生产工艺流程 传输现象在冶金过程中普遍性及重要性 Blast Furnace Coke Scrap Coke Oven Elec. Arc Furnace Coal Basic Oxygen Furnace Vacuum Degasser Ladle Furnace Limestone Iron Ore Al Cr/Ni/Mo Fe-Mn Coke Coke Lime Coke Teeming Ladle CC-molds Tundish DRI-unit Sinter Hot Metal Pretreatment 冶金工艺流程 深入理解各种传输现象的机理，为理解材料与冶金工艺过程奠定理论基础，对改进和优化各种设备的设计、操作及控制提供理论依据； 为将来所要研究和开发的材料与冶金过程提供基础数学模型，以此为基础，可以对材料与冶金过程进行模拟研究，加速研发过程，降低研发成本。 学习目的 动量传输 热量传输 三 质量传输 1. 介绍动量传输的基本概念 2