课程介绍

《材料工程基础》是针对材料类低年级本科学生开设的一门学科基础课，课程性质为必修课。通过讲授工业“三传”的基本知识，使学生掌握相关原理及的计算方法，了解用于材料加工制造的常用设备尤其是热工设备的工作原理和工作特性等。本门课程以材料工程的“三传”核心内容，与后续各专业开设的专业课程如《制造技术基础》、《材料成型原理及工艺》、《材料成型工艺与设备》、《聚合物成型原理及工艺》、《粉体工程与设备》、《无机非金属材料工学》等奠定基础，共同为学生构筑起完整的材料工程知识体系。

《材料工程基础》阐述的是材料加工制造过程中所涉及的流体流动、热量传递、质量传输的基本理论，主要包括流体力学基础、传热过程（双语）、传质过程等基本原理及相关设备。教学部分共含44个理论学时，8个实践环节学时，采用混合式教学方式授课。

Introduction

“Fundamentals of MaterialsEngineering” is a basic course for undergraduate students majoring in materialsscience and engineering. By teaching the basic knowledge of industrial "three transmissions" processes, students can master the relevantprinciples and calculation methods of relevant thermal theory and understandthe construction, working principle and working characteristics of commonmaterial processing equipment, especially thermal equipment. This course takesthe " three transmissions" processes in material engineering as thecore content，and builds a complete knowledge system ofmaterials engineering together with the subsequent professional courses such as“Fundamentals of Manufacturing Technology”, “Principles and Technology ofMaterial Shaping”, “Materials Shaping Technology and Equipment”, “Principles ofMaterial Shaping”, “Principles and Technology of Polymer Shaping”, “powderengineering” and “inorganic non-metal material engineering”.

“Fundamentals of Material Engineering”describes the basic theories of momentum, heat and mass transfer involved inthe material processing and manufacturing process, mainly including the basicprinciples of fluid mechanics, heat transfer process (bilingual), mass transferprocess and the related equipments. The teaching part of this course includes44 theoretical credit hours and 8 practical credit hours.

1、课程总体目标

本课程为材料类工科专业的核心课程，围绕“科技报国”的立德树人目标，旨在培养学生运用工业“三传”原理和分析方法，解决材料热工领域复杂问题的能力，并强化了沟通合作与创新精神的培养，充分满足了我校高素质、宽口径、创新型人才对材料工程能力与素养的培养需求。

1）知识目标：充分理解和掌握流体力学、传热、传质、燃烧过程的基础知识和基本原理，以及关键公式的推演思路。

2）能力目标：能够运用基本公式对流动、传热、传质以及燃烧过程进行分析、简单计算或工程设计核算，分析其影响因素，并能使用有限元软件对综合传输过程进行计算模拟。

3）素养目标：具备材料工程领域的创新意识与初步能力，饱含材料工程师的职业责任感与科技报国使命感。

2、教学目的

1）使学生掌握流体力学、质量传递过程、燃烧过程的基础理论知识，理解相关公式的推演思路，并能够运用获得的数学模型对实际流动问题、传质问题、燃烧过程进行分析、简单计算或工业设计核算。使学生了解常用流体输送设备、燃烧装置等的构造、工作原理和使用特性，并初步具备结合实际工况或需求对基本热工设备进行选型的能力。

2）在英文教材和英文PPT的环境下，掌握传热学基础理论知识，理解相关公式的推演思路，并能够运用获得的数学模型对实际换热问题进行分析、计算或工业设计核算，了解常用换热设备的构造和工作原理。

3）通过实验课，使学生能够描述材料工程领域的能量传递过程对材料结构及制品性能产生的影响，掌握运用模拟计算软件对该过程进行分析、建模、模拟计算的基本方法，并具备根据计算结果分析该过程影响因素的能力。

4）使学生具有环境保护和可持续发展方面的意识，在能耗核算、燃烧控制等工程设计中，除了纯技术角度的优选之外，能综合考虑材料工程实施过程对能源、环境的消耗，以及该工艺过程对社会可持续发展的影响，自觉履行材料工程师的社会责任。

5）通过小组活动，使学生了解材料工程热门领域的产业现状、国际发展趋势、研究热点，具备针对某个材料工程领域具体问题进行资料查阅、分析总结的能力，并能够在跨领域的知识背景下进行基本的沟通、交流和团队合作。

3、教学要求

1）使学生明确本课程的研究对象及其在课程体系中的位置和作用，掌握材料工程领域“三传”的基本概念，了解MOOC和双语课的学习方法和要求，了解材料工程的常用热工设备。

2）使学生掌握流体的力学研究分析方法，能够运用伯努利方程分析实际问题，并进行管路计算，掌握空气动力学基础知识，能够用其解释拉伐尔喷管的工作原理，掌握常见流体输送设备泵、风机、烟囱、喷射器的工作原理及设备选型与核算原则，能够综合运用流力力学知识解释实际现象、解决实际问题。

3）能够使用英文教材、英文PPT学习传热学的基本理论和基础知识，掌握热传导的基本概念与计算，理解傅里叶定律并能进行应用，掌握导热系数的特征与测量方法，了解绝热材料的设计与实现，掌握有关流换热的基本概念、分类及影响因素，了解对流换热问题的求解思路，能够利用准数方程解决简单的对流换热问题，掌握有关热辐射的基本概念、黑体辐射的基本定律，理解物体间辐射换热计算的基本思想和方法，能够利用黑体辐射数学模型分析、计算辐射换热问题，能够综合运用传热学基本定律和公式，求解实际换热问题，了解常用换热设备的构造、工作原理及使用特点。

4）使学生掌握浓度、速度、分数表示法等传质的基本概念，理解菲克定律并能在流体、固体中进行应用，能够定性的分析非稳态扩散过程，理解对流传质过程与边界层理论的关系，能够使用对流传质准数方程对实际过程进行简单计算，了解传质过程与化学反应进程之间的联系。

5）了解工业能源结构；掌握常用工业燃料的种类、组成及热工性质；理解燃烧过程的基础理论知识，提升对燃烧过程的感性认识；了解燃烧过程的工业核算方法；对不同燃料的燃烧机制、燃烧过程特点有一定认识。

课程教学内容及学时分配

第1章 绪论（2学时）

教学目标：使学生明确本课程的研究对象，了解本课程在课程体系中的位置和作用，掌握热工基本概念，了解MOOC和双语课的学习方法、手段和要求，了解材料工程的常用热工设备。

第2章 流体力学基础 （14学时）

2.1流体的主要物理性质

2.2流体静力学

2.3 体运动学基础

2.4 流体运动过程中的阻力损失

2.5 可压缩气体的流动

2.6 流体输送设备

2.7 习题课

教学目标：使学生掌握流体的主要物理性质，掌握流体静压强的特征及流体静力学方程推演，掌握运动流体受力分析及伯努利方程的推演，运用伯努利方程分析测压管和文丘里流量计的工作原理，掌握沿程阻力、局部阻力的计算方法，并能综合进行管路计算，掌握流体动力学基础知识，理解截面面积变化与流体流速之间的关系，并能够用其解释拉伐尔喷管的工作原理，掌握常见流体输送设备泵、风机、烟囱、喷射器的工作原理及设备选型与核算原则，能够综合运用流力力学知识解释实际现象、解决实际问题。

第3章 传热学（Heat Transfer）（16学时）

3.1 传导（Conduction）

3.2 对流换热（Convection Heat Transfer）

3.3热辐射（Radiation Heat Transfer）

3.4综合传热（Simultaneous Heat Transfer）

3.5习题课 （Exercises）

教学目标：培养学生能够使用英文教材、英文PPT学习传热学的基本理论和基础知识，掌握热传导的基本概念与计算，理解傅里叶定律并能进行应用，掌握导热系数的特征与测量方法，了解绝热材料的设计与实现，掌握有关流换热的基本概念、分类及影响因素，了解对流换热问题的求解思路，能够利用准数方程解决简单的对流换热问题，掌握有关热辐射的基本概念、黑体辐射的基本定律，理解物体间辐射换热计算的基本思想和方法，能够利用黑体辐射数学模型分析、计算辐射换热问题，能够综合运用传热学基本定律和公式，求解实际换热问题，了解常用换热设备的构造、工作原理及使用特点。

第4章 质量传递基础 （8学时）

4.1 质量传递概述

4.2 传质的基本概念

4.3 传质过程基本定律

4.4 分子扩散传质

4.5 对流传质

4.6 动量、热量和质量传递的类比

教学目标：使学生掌握浓度、速度、分数表示法等传质的基本概念，理解菲克定律并能在流体、固体中进行应用，能够定性的分析非稳态扩散过程，理解对流传质过程与边界层理论的关系，能够使用对流传质准数方程对实际过程进行简单计算，了解传质过程与化学反应进程之间的联系以及球形颗粒的反应历程。

第5章  能源与燃料燃烧（4学时）

5.1 能源与燃料

5.2 燃料的种类及热工性质

5.3 燃烧过程与燃烧计算

教学目标：了解工业能源结构；掌握常用工业燃料的种类、组成及热工性质；理解燃烧过程的基础理论知识，提升对燃烧过程的感性认识；了解燃烧过程的工业核算方法；对不同燃料的燃烧机制、燃烧过程特点有一定认识。

选用教材：1.《材料工程基础》.武汉理工大学出版.文进主编

              2. 英文教材：《传热学：第2版》改编版/(美)森吉尔（Cengel, Y.A.）著；

                冯妍卉等改编，高等教育出版社，2007。书名原文：Heat Transfer: APractical

                Approach (2^ndedition)              

主要参考书：1. 《材料热工基础》，张美杰主编，冶金工业出版社，2009

             2.《材料工程基础》，徐德龙，武汉理工大学出版社，2008

 3.《工程流体力学》，李玉柱、贺五洲主编，清华大学出版社，2006

 4.《硅酸盐工业热工基础》，孙晋涛主编，武汉工业大学出版社，2005

 5. Fundamentals of heat and mass transfer, byFrank P. Incropera, Publisher: John

   Wiley & Sons Inc.; 7^thedition (2011)

 6. Fundamentals of Momentum, Heat, and MassTransfer, by J. Welty, et al.,

   Publisher: Wiley; 5^th edition(2008)

此外，本课程也引用了一些优秀的网络资源。在此感谢优酷网、网易公开课、苹果教育、百度、尔雅通识课、腾讯视频、bilibili、知乎 等网站提供的上述视频资源，本课程引用的所有视频和文件资源（以及链接）仅供教学中的交流学习之用，不可用于商业用途。所产生的法律纠纷与本人、本课程无关，版权归著作单位所有。