传输原理0

传输过程基本原理 Fundamentals of Transport Phenomena

0 课程介绍与计划

Curriculum Introduction and Program

乐启炽 材料电磁过程研究教育部重点实验室 Electromagnetic Porcessing of Materials (EMP)

0 课程介绍与计划(Curriculum Introduction and Program) 0.1 开课背景

专业设置改革(1998年)后形成的材料成形与控制工程专业， 涵盖铸造、焊接、热变形和热处理专业，教学宗旨在于扩大 专业基础知识，适量缩小专业知识的深入程度，即专与博并 重，以提高人才培养的社会适应性。

0.2 课程在本专业中的地位

专业基础课之一。 与金属学、塑性加工力学和物理化学同等重要。 该专业理论与工业实践进步的最具潜力的理论支撑之一。

2007-3-6

2

Fundamentals of Transport Phenomena)

0 课程介绍与计划(Curriculum Introduction and Program) 0.3 该课程的特点：

ƒ 涉及学科多(三传)，但密切相关

9 流体力学(Hydromechanics 9 传热学(Heat Transfer) 9 传质学(Mass Transfer) (材料学中的扩散)

ƒ 教和学的难度大

9 物理概念多而抽象 9 数学公式庞杂 9 涉及基本科学理论与实际工程技术 9 涉及的基础知识多 9 课时少：40学时 9 。。。

2007-3-6

3

Fundamentals of Transport Phenomena)

0 课程介绍与计划(Curriculum Introduction and Program)

0.4 该课程的学习基础(Basic curricula)

ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ 高等数学(微积分)(Higher Mathematics)； 大学物理(College Physics)； 大学化学(College Chemistry)； 工程力学(Engineering Mechanics)； 物理化学(Physical Chemistry)； 数理方程(Mathematical Physics Equation)； 矢量和张量分析等。

2007-3-6

4

Fundamentals of Transport Phenomena)

0 课程介绍与计划(Curriculum Introduction and Program)

0.5 自然界中的传输现象(Transport Phenomena in Nature)

ƒ 冰冻三尺非一日之寒

黄龙五彩池

海螺沟冰川

阿尔卑斯山冰川

2007-3-6

5

Fundamentals of Transport Phenomena)

0 课程介绍与计划(Curriculum Introduction and Program)

ƒ 滴水穿石非一日之功

三峡石林

位于苏、浙、皖三省交界的石龙山内太极 洞中的“滴水穿石”

2007-3-6

6

Fundamentals of Transport Phenomena)

0 课程介绍与计划(Curriculum Introduction and Program)

ƒ 长江后浪推前浪

2007-3-6

7

Fundamentals of Transport Phenomena)

0 课程介绍与计划(Curriculum Introduction and Program)

ƒ 狂涛拍岸，大浪淘沙

2007-3-6

8

Fundamentals of Transport Phenomena)

0课程介绍与计划(Curriculum Introduction and Program)

0.6 传输现象与基本原理(Transport Phenomena and Fundamentals)

ƒ

9 9 9 9

传输现象是工程技术领域中普遍存在的现象

制冷(Refrigeration) 生化(Biochemistry) 环境(Environmental science)(包括地球科学、气候学、城市管理、交通等) 冶金与材料 ：冶金传输原理(Metallurgy Transport Phenomena)

ƒ

9 9 9

传输原理是工程科学的

三个经典领域的系统和综合研究的总称。这三个领域 包括：

能量传输或热量传输(Energy or heat transport) 质量传输或扩散(Mass transfer or diffusion) 动量传输或流体动力学(Momentum transfer or fluid dynamics or Hydrodynamics)

9 传输过程是三个物理量由非平衡状态朝平衡状态变化的过程。

2007-3-6

9

Fundamentals of Transport Phenomena)

0课程介绍与计划(Curriculum Introduction and Program)

0.7 材料成形与控制专业中的冶金传输问题

ƒ 材料加工中的所涉及的问题都离不开三传在知识： 各种外场(Field)(应力场Stress Field、温度场、电磁场Electromagnetic Field、超声场Ultrasonic Field、电场Electrical Field、压力场Pressure Filed等 等)作用下的材料成形过程均存在三传问题。 熔体凝固(液态成形)过程中的三传问题： 液态成形(Liquid Forming)(各种铸造Foundry、半固态成形Semisolid Forming、喷射成形Sprary-up Method、焊接Welding and Soldering等)； 固体熔化过程中的三传问题： 合金熔炼(Alloy Smelting)、激光表面处理(Laser Surface Treatment)等 固体热处理过程： 等温相变(Isothermal Phase Transition)、淬火(Quenching)、时效(Ageing) 等； 体积变形(Bulk Forming)(塑性成形)中的三传问题： 轧制(Rolling)、挤压(Extrusion)、拉拔(Drawing)、锻压(Forging)等等。

ƒ

ƒ ƒ

ƒ

2007-3-6

10

Fundamentals of Transport Phenomena)

0课程介绍与计划(Curriculum Introduction and Program)

0.8 材料成形与控制专业传输过程例子(Examples)

半固态坯料局部重熔 均匀化处理 铸件凝固过程 半连续铸造 铸轧与挤压 热轧过程 其它例子

Forward

2007-3-6

11

Fundamentals of Transport Phenomena)

0课程介绍与计划(Curriculum Introduction and Program)

Remelting Processing of Semisolid Slurry

(a) 10min (b) 15min (c) 30min (d) 45min The microstructure evolution of AZ91D SSM alloy as reheated at 580°C

Back

2007-3-6

12

Fundamentals of Transport Phenomena)

0课程介绍与计划(Curriculum Introduction and Program)

4hr 8hr 16hr

镁合金均匀化组织随时间的变化(Microstructure Change with Time of Uniform Heat Treatment )

均匀化处理元素分布变化(Change of Element Distribution) Back

2007-3-6

13

Fundamentals of Transport Phenomena)

0课程介绍与计划(Curriculum Introduction and Program)

Solidification Processing of Casting •Heat transfer •Mass transfer •Momentum transfer

Binary Phase diagram for Mg-Al alloys

2007-3-6

Back

Fundamentals of Transport Phenomena)

14

0课程介绍与计划(Curriculum Introduction and Program)

„

Semi-continuous DC Casting

Back

2007-3-6

15

Fundamentals of Transport Phenomena)

0课程介绍与计划(Curriculum Introduction and Program)

Twin-roller Process and Extrusion

Twin-roller casting Direct Extrusion

2007-3-6

Back

16

Fundamentals of Transport Phenomena)

0课程介绍与计划(Curriculum Introduction and Program)

Heat R

olling Process

Back

2007-3-6

17

Fundamentals of Transport Phenomena)

0课程介绍与计划(Curriculum Introduction and Program)

Examples of Other Processes

1. 金属材料热处理工艺(固溶Solid Solution、时 效Ageing，表面处理Surface Treatment等 等 )； 2. 焊接工艺Welding(如熔池Fused Bath内)； 3. 锻压工艺Forging(变形体) 4. 新材料新工艺(Novel Material and Process)

Typical overall macrostructure of a GTA bead on plate weld of Mg-AZ91 alloy.

2007-3-6

Back

Fundamentals of Transport Phenomena)

18

0课程介绍与计划(Curriculum Introduction and Program)

0.9 传输过程的研究方法(Research Methodologies of transfer process)

ƒ ƒ ƒ 实验研究方法(Experimental Methodology)：以实验为依据提出简化物理模 型，并通过实验验证计算结果的可靠性和正确性。(实验科学的基本方法) 理论研究方法(Theoretical Methodology)：确定简化物理模型，结合普遍规律 建立数学方程，即把物理问题转化为数学问题，并求解之。 数值计算方法(Numerical Calculation Method)：计算机的发展及近似计算方 法的出现(有限元差分法、有限元法等)，使复杂模型的计算成为可能。优 点：可解决理论方法无法解决的复杂问题、费用时间少，精度高；缺点：结 果离散性。 各有利弊，相互补充。 气-固体系(Gas-Solid System)：鼓风炉Blast Furnace、烧结Sintering、焙烧 Calcination (Roasting)等 气-液体系(Gas-Liquid System)：真空除气(Vacuum Degassing)、铜的转炉吹 炼Converter Blowing、铜的气体脱氧Gas deoxidate、氩气搅拌Argon agitation等 液-固体系(Liquid-Solid System)：渣熔炼(slag smelting)、凝固流体流动(宏观 偏析)、脱氧剂(deoxidizing agent)熔化、合金添加剂(alloying agent)熔化等

19

ƒ ƒ ƒ ƒ

0.10 传输过程的体系分类(Classification of transfer process)

2007-3-6

Fundamentals of Transport Phenomena)

0课程介绍与计划(Curriculum Introduction and Program)

0.11 本学科的发展历史概况(History of This Course)

ƒ

9 9 9

50年代(著作总数25，其中传热学9)

Eckert E R G. 《Introduction to the transfer of heat and mass 》， 1950(72.54E19) Bird R B, Van Antwerpen F J, Editor. 《Mass transfer-transport properties》 1955(81.1A512) Bird R B. 《Notes on transport phenomena》，1958 (54.2/B618)

ƒ

9 9

60年代(著作总数24，其中传热学14)

Rohsenow W M. 《Heat mass and momentum transfer》, 1961 (53.8114R739) Bennett C. O. 《Momentum heat and mass transfer》, 1962 (81.1B471)

ƒ

9 9 9 9 9

2007-3-6

70年代(著作总数44，其中传热学21)

Geiger G H, Pirier D R.《Transport phenomena in metallurgy》, 1973, (76.1/G3121) Welty J R. 《Fundamentals of momentum heat and mass transfer》, 1976 (72.54W464) Slattery J C, Robert E. 《Momentum energy and mass transfer in continua》,1978 (52.41S631) Duderstadt J J. 《Transport theory》,1979 (53.81/D845) Julian Szekely. 《Fluid Flow Phen

omena in Metal Processing》

20 Fundamentals of Transport Phenomena)

0课程介绍与计划(Curriculum Introduction and Program)

ƒ

9 9 9 9 9

80年代(著作总数113，其中传热学60)

Slattery J C, Robert E. 《Momentumenergyand mass transfer in continua》, 1981 (52.41S631) Fahien R W. 《Fundamentals of transport phenomena》,1983 (72.54/F157) Welty J R. 《Fundamentals of momentum heat and mass transfer》 1984 (72.54W464) OlsonA. T. 《Introduction to fluid flow and the transfer of heat and mass》, 1987 (72.54O52) Markatos N. C. 《Computer simulation for fluid flow heat and mass transfer and combustion in reciprocating engines》 ,1989 (78.55083C73)

2007-3-6

21

Fundamentals of Transport Phenomena)

0课程介绍与计划(Curriculum Introduction and Program)

ƒ

9 9 9 9 9

90年代(著作总数57，其中传热学27)

Tanasawa I, Lior N. 《Heat and mass transfer in materials processing》,1990 (72.54H437d) Charmichi M. 《Transport phenomena in material processing》, 1990 (53.8114/T772) Greenberg W. 《Modern mathematical methods in transport theory》, 1991 (51.6/M689) Baehr, H.D. & K.Stephan. 《Heat and Mass Transfer》. (Springer-Verlag, 1998). Mills, A.F. 《Basic Heat and Mass Transfer》, 2/e. (Prentice-Hall, 1999).

ƒ

9 9 9 9

2000-2001年

James R． 《Fundamentals of momentum, heat, and mass transfer 》,2001 Gartling, D K. 《Method on heat transfer and fluid dynamics》 (2nd ed.) , 2001 Arpaci, V S.《Introduction to heat transfer》 2000 Lienhard, J.H.《 A Heat Transfer Textbook 》, 3/e. (Phlogiston Press, 2001).

ƒ

9 9

2007-3-6

2002-至今

Frank P Incropera, David P DeWitt. Heat and Mass Transfer. John Wiley & Sons (Asia) Pte Ltd., 2002 John H Lienhard IV, John H Lienhard V. A Heat Transfer Textbook(3rd Edition). Cambridge, MA: Phlogiston Press, 2004

22 Fundamentals of Transport Phenomena)

0课程介绍与计划(Curriculum Introduction and Program)

„

西方各国（Oversea）

„

国内(Domestic)

100

Total number On heat transfer

80 60 40 20 0

220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

Total number On heat transfer

Publication number

Publication number 50' 70' 80' 90' Year Publication number varied with year 60'

Translation and republish are included

50'

70' 80' 90' Year Publication number varied with year

60'

据不完全统计数据(According to Incomplete Figures)

2007-3-6

23

Fundamentals of Transport Phenomena)

0课程介绍与计划(Curriculum Introduction and Program)

0.12 教学参考书(Reference Book)

ƒ 中文

9 鲁德洋 主编.《冶金传输基础》，西北工业大学出版社，1991. 9 苏华钦 主编. 《冶金传输原理》，东南大学出版社，1989. 9 沈颐身，李保卫，吴懋林. 冶金传输原理基础. 北京：冶金工业出版社，2003 9 闫小林，艾立群，陈伟，李俊国，张玉朵. 冶金传输原理. 北京：冶金工业出 版社，2002 9 吴树森 主编. 《材料加工冶金传输原理》，华中科技大学，2001.

ƒ

英文

9 Fr

ank P Incropera, David P DeWitt. Heat and Mass Transfer. John Wiley & Sons (Asia) Pte Ltd., 2002 9 John H Lienhard IV, John H Lienhard V. A Heat Transfer Textbook(3rd Edition). Cambridge, MA: Phlogiston Press, 2004 9 Julian Szekely. Fluid Flow Phenomena in Metals Processing. Academic Press, Inc. (London) Ltd., 1979 9 Fahien R W. (Prof. Of Chemical Engineering, Univ of Florida, Gainesville) “Fundamentals of transport phenomena”, McGraw-Hill Book Company, 1983

2007-3-6

24

Fundamentals of Transport Phenomena)

0课程介绍与计划(Curriculum Introduction and Program)

0.13 本课程学习注意点(Points for Study)

ƒ 基本概念 ƒ 基本方法 ƒ 基本内容 ƒ 基本公式 ƒ 基本计算 即对实际应用要求少，只作了解 ƒ 对大家的要求(也是一般要求)

9 9 9 9 9 必须上课(三次未到者没有成绩，责任自负) 必须做笔记(记要点和框架，以便复习，同时防止打瞌睡) 必须看书（主要为课本，包括推荐的参考书，希望有能力和时间者看英文书籍） 必须考试(考查课也，但以笔试方式) 有平时成绩

2007-3-6

25

Fundamentals of Transport Phenomena)