傳輸原理教學(xué)大綱

《傳輸原理》課程教學(xué)大綱課程名稱：傳輸原理課程編號：學(xué)時(shí)/學(xué)分：40/2.5開課學(xué)期：第5學(xué)期合用專業(yè)：材料成型及控制工程課程類型：專業(yè)方向選修課一、課程的目的和任務(wù)本課程是材料成型及控制工程專業(yè)的專業(yè)方向選修課，它涵蓋了流體力學(xué)、傳熱學(xué)及傳質(zhì)學(xué)課程的內(nèi)容。本課程的目的和任務(wù)是系統(tǒng)而全方面地從動(dòng)量、熱量及質(zhì)量傳輸觀點(diǎn)，敘述了流體流動(dòng)過程以及傳質(zhì)過程的基本理論。規(guī)定學(xué)生要掌握上述三傳輸過程的基本概念、基本原理和基本計(jì)算辦法，方便為學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程奠定必要的基礎(chǔ)。二、課程的基本規(guī)定（1）理解動(dòng)量傳輸、熱量傳輸和質(zhì)量傳輸在材料科學(xué)與工程中的作用；（2）掌握動(dòng)量傳輸、熱量傳輸與質(zhì)量傳輸?shù)幕驹?、研究分析辦法和對材料制備與加工的影響；（3）學(xué)會(huì)運(yùn)用傳輸原理解釋材料制備與加工中的某些現(xiàn)象。三、課程基本內(nèi)容和學(xué)時(shí)安排第一章流體的重要物理性質(zhì)（4學(xué)時(shí)）1．內(nèi)容：流體的概念及持續(xù)性假設(shè)；流體的基本物理性質(zhì)，涉及流體的密度、重度、比容和比重、流體的壓縮性與膨脹性；流體的粘性，涉及粘性的概念、牛頓粘性定律、溫度和壓強(qiáng)對流體粘性的影響、抱負(fù)流體的概念。2．規(guī)定：理解流體的重要物理特性，牛頓粘性定律。第二章流體靜力學(xué)（4學(xué)時(shí)）1．內(nèi)容：作用在流體上的力，涉及質(zhì)量力與表面力、流體靜壓力；流體靜力學(xué)特性，涉及靜止流體的平衡方程及其積分、等壓面、靜止流體中的壓強(qiáng)分布、流體靜力學(xué)基本方程及其能量意義與幾何意義、流體壓強(qiáng)的測量、測壓計(jì)的原理及應(yīng)用；靜力學(xué)計(jì)算，涉及靜止流體對壁面（平面壁與曲面壁）作用力的計(jì)算。2．規(guī)定：掌握流體靜力學(xué)特性、流體靜力學(xué)基本方程及其意義；靜止流體對壁面（平面壁與曲面壁）作用力的計(jì)算。第三章流體動(dòng)力學(xué)（6學(xué)時(shí)）1．內(nèi)容：基本概念，涉及穩(wěn)定流與非穩(wěn)定流，跡線與流線，流管與流束，流量與平均流速；持續(xù)性方程，涉及直角坐標(biāo)系的持續(xù)性方程，一維總流的持續(xù)性方程；動(dòng)量微分方程，涉及抱負(fù)流體的動(dòng)量微分方程（歐拉方程），實(shí)際流體的動(dòng)量微分方程（納維爾—斯托克斯方程）；伯努利方程及其應(yīng)用，涉及抱負(fù)流體的伯努利方程，實(shí)際流體的伯努利方程，伯努利方程的應(yīng)用條件與畢托管原理；2．規(guī)定：掌握流體動(dòng)力學(xué)的基本概念；持續(xù)性方程、動(dòng)量微分方程的導(dǎo)出和物理意義，伯努利方程及其應(yīng)用。第四章流動(dòng)狀態(tài)與能量損失（4學(xué)時(shí)）1．內(nèi)容：流體的流動(dòng)狀態(tài)，涉及雷諾實(shí)驗(yàn)、流動(dòng)狀態(tài)的判據(jù)—雷諾數(shù)；圓管中的層流，涉及速度分布、流量計(jì)算、沿程能量損失；圓管中的湍流，涉及脈動(dòng)現(xiàn)象與時(shí)均值的概念、層流邊界層、水力光滑管與水力粗糙管、湍流切向力與速度分布；局部阻力損失系數(shù)的擬定，涉及斷面忽然擴(kuò)大的局部損失，其它類型的局部損失。2．規(guī)定：掌握流動(dòng)狀態(tài)的判據(jù)—雷諾數(shù)及其應(yīng)用，圓管中層流的速度分布，流量計(jì)算，沿程能量損失；理解圓管中湍流的脈動(dòng)現(xiàn)象與時(shí)均值的概念，層流邊界層，能夠分辨水力光滑管與水力粗糙管；運(yùn)用局部阻力損失系數(shù)進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算。第五章熱量傳輸?shù)幕靖拍睿?學(xué)時(shí)）1．內(nèi)容：基本概念，涉及溫度場、等溫面魚等溫線、溫度梯度、熱流量與熱流密度；熱量傳輸?shù)幕痉绞脚c規(guī)律，涉及導(dǎo)熱，對流與輻射2．規(guī)定：理解熱量傳輸?shù)幕靖拍?，熱量傳輸?shù)幕痉绞脚c規(guī)律。第六章導(dǎo)熱（6學(xué)時(shí)）1．內(nèi)容：導(dǎo)熱微分方程，涉及微分方程式、初始條件與邊界條件；一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，涉及平面壁的導(dǎo)熱、圓柱壁的導(dǎo)熱；非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，涉及基本概念、一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。2．規(guī)定：掌握導(dǎo)熱微分方程及其初始條件與邊界條件；一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的計(jì)算問題，非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本概念，一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱計(jì)算辦法。第七章對流換熱（4學(xué)時(shí)）1．內(nèi)容：對流換熱的基本形式，涉及基本概念、牛頓冷卻方式、換熱系數(shù)的影響因素；對流換熱的微分方程，涉及持續(xù)性方程、動(dòng)量微分方程、能量微分方程；相似原理及其在熱量傳輸中的應(yīng)用，涉及相似的概念、相似準(zhǔn)數(shù)、相似定律、相似模型分析與應(yīng)用。2．規(guī)定：掌握對流換熱的基本概念，牛頓冷卻方式，換熱系數(shù)的影響因素；對流換熱的微分方程的構(gòu)成；理解相似的概念、相似準(zhǔn)數(shù)和相似定律，相似模型分析應(yīng)用。第八章輻射換熱（4學(xué)時(shí)）1．內(nèi)容：熱輻射基礎(chǔ)，涉及熱輻射的本質(zhì)、特點(diǎn)、熱輻射的基本概念、定律；熱輻射的工程應(yīng)用，涉及灰體的的概念、輻射率的工程解決、兩物體間的輻射熱交換；2．規(guī)定：掌握熱輻射的本質(zhì)、特點(diǎn)，掌握熱輻射的基本概念、定律；理解灰體的的概念，輻射率的工程解決，兩物體間的輻射熱交換；第九章質(zhì)量傳輸?shù)幕靖拍睿?學(xué)時(shí)）1．內(nèi)容：質(zhì)量傳輸?shù)幕痉绞剑婕皵U(kuò)散傳質(zhì)、對流傳質(zhì)、相間傳質(zhì)；基本概念，涉及濃度、速度、傳質(zhì)通量。2．規(guī)定：掌握質(zhì)量傳輸?shù)幕痉绞剑|(zhì)量傳輸基本概念；第十章傳質(zhì)微分方程及其擴(kuò)散傳質(zhì)（4學(xué)時(shí)）1．內(nèi)容：傳質(zhì)微分方程，涉及方程的得出、方程的不同形式、定解條件；擴(kuò)散傳質(zhì)，涉及一維穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散、等摩爾逆向擴(kuò)散、單向擴(kuò)散；非穩(wěn)定擴(kuò)散，涉及無視表面阻力的半無限大介質(zhì)中的非穩(wěn)定態(tài)擴(kuò)散、簡樸幾何形狀物體中的非穩(wěn)定態(tài)擴(kuò)散及二維、三維非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散、影響擴(kuò)散的因素；擴(kuò)散的原子理論，涉及間隙擴(kuò)散機(jī)制、空位擴(kuò)散機(jī)制。2．規(guī)定：理解傳質(zhì)微分方程的得出，方程的不同形式，定解條件；掌握一維穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，等摩爾逆向擴(kuò)散，單向擴(kuò)散；理解非穩(wěn)定擴(kuò)散及其影響擴(kuò)散的因素；理解擴(kuò)散的原子理論中間隙擴(kuò)散機(jī)制與空位擴(kuò)散機(jī)制。四、先修課程在學(xué)習(xí)本課程前，應(yīng)先修《高等數(shù)學(xué)》、《大學(xué)物理》、《物理化學(xué)》、《材料科學(xué)基礎(chǔ)》等課程。五、建議教材或參考書1．教材：吉澤升，朱榮凱，等.傳輸原理.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2．參考書：[1]

吳樹森.材料加工冶金傳輸原理.機(jī)械工業(yè)出版社，[2]

莫乃榕.工程流體力學(xué).華中科技大學(xué)出版社，[3]

楊世銘.傳熱學(xué).高等教育出版社，1998[4]

閆小林.冶金傳輸原理.冶金工業(yè)出版社，[5]

蘇華欽.冶金傳輸原理.東南大學(xué)出版社，1989[6]

梅幟.冶金傳輸過程原理.中南工業(yè)大學(xué)出版社，1987[7]R.ByronBird,etal..TRANSPORTPHENOMENA(SecondEdition).化學(xué)工業(yè)出版社引進(jìn)教材，六、考核方式和規(guī)定1.考核方式：筆試、閉卷2.內(nèi)容比例：流體的重要物理性質(zhì)5%；流體靜力學(xué)10%；流體動(dòng)力學(xué)20%；流動(dòng)狀態(tài)與能量損失10%；熱量傳輸?shù)幕靖拍?%；導(dǎo)熱20%；對流換熱10%；輻射換熱5%；質(zhì)量傳輸?shù)幕靖拍?%；傳質(zhì)微分方程及其擴(kuò)散傳質(zhì)10%。3.題型比例：判斷題10%，填空題10%，選擇題30%，計(jì)算題50%。七、其它闡明1．本大綱的特點(diǎn)：（1）本大綱根據(jù)材料成型及控制工程專業(yè)的規(guī)定，重點(diǎn)講授動(dòng)量傳輸、熱量傳輸和質(zhì)量傳輸三方面的內(nèi)容。（2）本課程將流體動(dòng)力學(xué)、導(dǎo)熱和擴(kuò)散傳質(zhì)三部分內(nèi)容做為重點(diǎn)。2．教學(xué)法建議：（1）借助具體實(shí)例，闡明抽象物理概念，以協(xié)助學(xué)生理解并掌握基本概念。課程中的物理概念比較抽象，為了協(xié)助學(xué)生理解這些抽象概念，我們在講學(xué)時(shí)盡量變抽象為具體，以生活中的實(shí)例來協(xié)助學(xué)生理解這些物理概念。（2）輔以數(shù)學(xué)手段，講清基本方程的建立，以培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力。程中的衡算方程較多，如持續(xù)性方程、N-S方程、F-K方程、質(zhì)量平衡方程等，對于這部分內(nèi)容，我們的總原則是講清建立方程的前提條件、根據(jù)、辦法、方程物理意義及應(yīng)用。（3）以兩個(gè)“三結(jié)合”教學(xué)模式，協(xié)助學(xué)生理解難點(diǎn)