《材料加工冶金传输原理》课程教学大纲（本科）.docx

材料加工冶金传输原理Fundamentals of Metallurgical Transmission in material processing课程编号：07410203学 分：2学 时：32 （其中：讲课学时：28实验学时：4上机学时：0）先修课程：高等数学、大学物理、物理化学适用专业：材料成型与控制工程教 材：材料加工冶金传输原理，吴树森主编，机械工业出版社，第一版一、课程目标传输原理是材料成型及控制工程专业的必修课程，主要内容包括动量、热量和 质量传输三部分。通过对三种传输现象的基本原理、运动规律以及主要影响因素的 学习，使学生能够充分理解三种传输现象在材料加工过程中的作用以及对材料成型 工艺的影响。所学知识能用于指导生产工艺的设计和优化，并能够在设计环节中体 现创新意识、考虑节能以及环境等因素；能够解释和分析材料制备加工过程中的一 些现象；所学知识也能在多学科环境中应用。1 .知识方面1.1 了解材料加工中常见的动量传输、热量传输和动量传输现象；了解三种传输 在材料科学与工程中的作用；了解三种传输现象的本质及基本规律。1.2 了解热量传输的概念和三种基本形式；了解并联热阻和组合传热过程；了解 导热微分方程的推导、含义和定解条件；重点掌握一维稳态导热的计算；重点掌握 第一类和第三类边界条件下的一维非稳态导热计算；了解二维稳态导热的数值解法: 了解二维和三维非稳态导热的计算；了解铸件凝固过程中温度场和铸件凝固时间计 算方法；1.3 了解对流换热的原理和影响因素；了解对流换热微分方程组和准数方程；掌 握强制对流换热和自然对流换热的计算；了解热辐射的基本概念、黑体和灰体热辐 射的基本定律；掌握角系数、黑体间的辐射换热以及灰体间的辐射换热计算；1.4 了解质量传输的基本概念、传质微分方程及其定解条件；掌握一维稳态分子 扩散的计算；掌握第三类边界条件下一维非稳态分子扩散的计算；了解对流传质的 基本原理、对流传质准数方程。2 ,能力与素质方面2.1 具有查阅资料、使用手册、整理数据、运算能力，能够通过数学建模进行材 料加工中所涉及到的动量、热量和质量传输方面的工程计算；2.2 能合理选择设计中所需的各项技术经济指标，进行简单的流体输送系统、毛 坯零件加热和冷却系统设计，并能够在设计环节中体现创新意识。2.3 理解环境保护和社会可持续发展的内涵和意义，能够针对材料加工项目，评 价其资源、能量利用效率；在此基础上，提出优化工艺设计方案。二、课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系本课程支撑人才培养方案中毕业要求之1、4、5、6项。（毕业要求1工程知识; 毕业耍求4工程研究；毕业要求5使用现代工具；毕业要求6工程与社会）。课程目标 毕业要求指标点课程目 标1.1课程目 标1.2课程目 标1.3课程目 标1.4课程目 标2.1课程目 标2.2课程目 标2.3指标点1-4.能够运用数学、自然 科学、工程基础和专业知识解决 复杂材料成型及控制工程问题。VVVVVV指标点4-1.能够基于科学原理对 加工对象进行科学合理分析研 究，选择恰当的加工方法VVVVV指标点5-3.掌握材料成型及控制 工程重要文献资料的来源和获取 方法。VV指标点6-2.能正确认识材料加工 过程和装备对于客观世界和社会 的影响，并理解应承担的责任。VVVV二、课程的基本内容及要求第一章绪论（支撑课程目标1.1）1 .教学内容（1）知识方面：传输现象的实质；传输的驱动力和普遍规律；动量、热量和质 量传输现象的类似性；材料加工中的常见传输现象和分析；本课程研究的内容和研 究方法（2）能力和素质方面：本课程的学习和研究方法2 .基本要求（1）知识方面：了解动量、热量和质量传输的本质和基本定律；了解三种传输 现象的类比；了解传输过程的研究方法（2）能力和素质方面：本课程的学习方法3.重难点动量传输的概念、三种传输现象的类比 第二章 热量传输（支撑课程目标1.2、1.3、2.2、2.3）1、教学内容（I）知识方面：热量传输及其基本形式、傅里叶定律；导热微分方程、一维稳态导 热、二维稳态导热的有限差分分析法；第一、三类边界条件的一维非稳态导热、二 维和三维非稳态导热；对流换热机理、对流换热微分方程组、强制和自然对流换热 计算；热辐射的概念和基本定律、角系数、灰体间的辐射换热计算；热量传输综合 习题课（2）能力和素质方面：了解材料加工所涉及到的热量传输计算方法；掌握热量传输 综合分析计算2、基本要求（1）知识方面：了解导热、对流、对流换热、热辐射、辐射换热、温度场、温度梯 度、热阻、串联和并联热阻、热导率、热扩散系数、蓄热系数、热流量、热流密度、 第一类边界条件、第三类边界条件、准数和准数方程、强制和自然对流换热、黑体、 灰体、辐射力、发射率等概念；掌握傅里叶定律、导热微分方程、一维稳态导热计 算、第一类和第三类边界条件下的一维非稳态导热计算、对流换热计算、黑体间的 辐射换热计算、灰体件的辐射换热计算；熟练掌握傅里叶定律及其应用、一维稳态 和非稳态导热计算、强制对流换热计算、灰体间的辐射换热计算；（2）能力和素质方面：掌握导热、对流换热、灰体间辐射换热的分析计算3、重难点重点：傅里叶定律、一维稳态和非稳态导热计算、对流换热计算、辐射换热计算 难点：串联热阻的稳态导热计算、第三类边界条件下的一维非稳态导热计算、辐射 换热计算 第三章 质量传输（支撑课程目标1.4、2.3）1、教学内容（1）知识方面：质量传输及其基本形式、菲克定律；扩散系数、质量传输微分方程、 菲克第二定律；一维稳态分子扩散（等摩尔逆向扩散）；第一、三类边界条件的一维 非稳态分子扩散；对流传质机理、对流传质微分方程组、对流传质计算（2）能力和素质方面：了解材料加工所涉及到的质量传输计算方法；2、基本内容（1）知识方面：了解质量浓度、物质的量浓度、质量平均速度、摩尔平均速度、质 量扩散通量、摩尔扩散通量、浓度梯度、扩散系数、等摩尔逆向分子扩散、对流传 质、对流传质系数等概念；掌握菲克定律、质量传输微分方程、菲克第二定律、 维稳态分子扩散计算、第一类和第三类边界条件下的一维非稳态分子扩散计算、对 流传质计算；熟练掌握菲克定律及其应用、一维稳态和非稳态分子扩散计算（2）能力和素质方面：掌握一维分子扩散的分析和计算3、重难点重点：菲克定律、传质微分方程和菲克第二定律、一维稳态和非稳态分子扩散计算、 对流传质计算难点：稳态分子扩散计算、第三类边界条件下的一维非稳态分子扩散计三、本课程开设的实验项目（如课程不含实验，该项可不填）编号实验项目名称学时类型要求支撑课程目标1材料热导率测定（平板稳态法）2验证性必做1. 1、1.5、2. 12换热器综合实验2验证性必做1. 1> 1.6、2. 1注：1. “类型”填验证性、综合性、设计性等;2. “要求”填必做、选做。实验L材料热导率测定（平板稳态法）实验目的：了解导热系数测试仪的结构和工作原理；掌握平板稳态法测量导热系 数的方法和步骤实验原理：傅里叶定律；一维稳定导热的能量平衡。实验仪器：DRP-II导热系数测试仪。实验安排：教师介绍DRP-H导热系数测试仪的构造和原来，进行操作演示，进行不同热导 率材料的测定演示；学生以4人一组，对事先准备好的试样进行热导率的测定。实验报告要求：简述材料热导率测定的原理和过程；记录材料热导率测定的条件，将实验数 据及结果以表格列出：计算出所测试样的热导率结果：写出实验的体会与疑问。实验2.换热器综合实验实验目的：了解换热器的工作原理，计算出热交换器的换热量；分析换热器的传热状 况，比较顺流和逆流的差别。实验原理：对流换热量计算（牛顿冷却定律）；影响传热系数的因素。实验仪器：换热器综合实验台实验安排：教师介绍换热器综合实验台的构造和原理，进行操作演示，进行顺流、逆流条件 卜的测定演示；学生以4人一组，进行顺流、逆流条件卜的传热测定。实验报告要求：简述换热器的结构和原理已结实验过程：记录实验条件，将实验数据及结果 以表格列出；计算出顺流、逆流条件下换热最和传热系数结果；写出实验的体会与疑问。四、课程学时分配章节讲课实验上机一、绪论4二、热量传输164三、质量传输8五、主要教学方法本课程采用课堂教学与课后作业相结合的方法。课堂教学主要采用讲授、讨论 与案例的教学方法。每次课后，布置2-3题课后作业。在动量传输、热量传输和质 量传输内容结束后，各安排一次习题讨论课，及时对作业中出现的问题进行分析、 讨论和讲解，以增加同学们实际分析问题和进行工程计算的能力。五、课程考核考核方式或途径考核要求考核权重备注课堂表现出勤、回答问题10%作业作业完成情况和正确率10%实验由实验中心评定成绩10%期末考试开卷70%六、参考书目1、冶金传输原理基础，沈颐身，冶金工业出版社，2000年10月第1版。2、传递过程原理及应用，查金荣，陈家铺著，冶金工业出版社，1997年6月 第1版。