材料科学与工程中的传输原理

本书特色

《材料科学与工程中的传输原理》：普通高等教育材料成型及控制工程系列规划教材

内容简介

在材料科学研究与材料热加工工程中，许多过程是在高温下进行的。流体流动、热量传递和物质传递是普遍存在的三种*基本的物理现象。本书以微积分为主要的分析工具，系统而全面地剖析了动量、热量以及质量传输现象的物理特征，阐述了流体流动过程、传热过程和传质过程的基本理论。
本书分3篇共13章阐述了流体力学、传热学及传质学的基本理论，及在工程中的主要应用。每章后均安排有复习思考题及习题。书末附录给出了必要的数据资料。
本书可作为材料科学与工程、材料成形与控制工程、冶金工程专业的本科生教材，也可供从事此类专业的研究生及其他相关的科技人员参考。

节选

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插图：首先让我们来观察和分析制动鼓铸件从浇注到凝固结束的全过程，如图0-1。铸件的形成经历了充型和凝固两个阶段，宏观上主要表现为流动、冷却和收缩三种物理现象。在充型过程中，伴随着流动过程，液体温度在发生变化，同时全部金属液内部成分的浓度分布也在变化。如果把整体铸件空间看作一个场，则在这个场中的某个物理量分布成为某物理量的场。在上述铸件充型过程中，金属液在铸件空间中的流动状态在不断变化，即流场在发生着变化，同时温度场和浓度场也在变化，如果冷却强度足够大，应存在着微弱的液体和固体的收缩，则应力场也在变化。而且这四场的变化是交织在一起，即耦合发生的。充型结束后，液体静止下来，铸件开始冷却凝固。在此过程中，在温度场变化的同时，存在着金属液的自然对流和已凝固金属的收缩和液体的收缩，收缩导致应力场的变化，在液一固转变的过程中存在着溶质分配过程，即浓度场在发生着变化。因此，在铸件的凝固过程中，温度场、浓度场、应力场、自然对流现象在耦合变化。在铸件的形成过程中，如果流场不合理，则容易造成铸件的卷气、夹杂、冷隔等缺陷，也可能造成流动结束时温度分布不合理；如果温度场不合理，铸件凝固过程就可能不合理，造成收缩缺陷，如缩孔、缩松等；如果浓度分配不合理，则可能造成铸件中的成分偏析现象等。可见，在铸件形成过程中，流场、温度场、浓度场、应力场的综合作用决定了铸件的*终形态和*终质量。客观地描述铸件形成过程的四场变化，并加以有效的控制，是获得合格铸件的必要条件。