食品工程原理传热.ppt

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1、第五章传热第一节概述一、传热及在食品工程中的应用1、传热：因温度差的存在而产生的能量传递。2、传热在食品工程中的应用（1）食品的加热或冷却食品加工中的加热灭菌过程、冷冻降温过程以及某些单元操作（如蒸馏、蒸发、干燥、结晶等）需传热，要求传热速度越快越好。（2）回收热量或冷量，节约能源。（3）保温或保冷：要求传热速度越慢越好，如冰箱冷藏食品或保温。二、传热的基本方式根据传热机理不同，传热的基本方式有三种：热传导热对流热辐射1、热传导又称导热，物质在不发生宏观位移的情况下，热量从物体内部的高温处向低温处传递，或从高温物体向一个与它直接接触

2、的低温物体的传递过程。传热机理复杂，存在分子振动学说和自由电子迁移学说等。2、热对流又称对流传热，是流体质点发生相对位移所引起的热量传递过程，或者流动的流体与固定壁面之间的热量交换。对流传热伴有热传导。强制对流：因泵（或风机）或搅拌等外力作用所导致的对流称为强制对流。在同一流体中有可能同时发生自然对流和强制对流。热对流的两种方式：自然对流：由于流体各处的温度不均匀而引起的密度差异，致使流体产生相对位移，这种对流称为自然对流。3、热辐射因热的原因而产生的电磁波在空间的传递，称为热辐射。所有物体都能将热以电磁波的形式发射出去，而不需要任

3、何介质。但是只有在物体温度较高的时候，热辐射才能成为主要的传热形式。热辐射既有能量转移，也有转化。实际上，上述三种传热方式而往往是相互伴随着出现的。三、稳态传热与非稳态传热四、冷热流体接触方式与间壁式换热器1、间壁式换热器：冷热流体热交换时不直接接触，用固体壁面隔开，这种换热器称为间壁式换热器。2、并流与逆流球形冷凝管球形冷凝管直形冷凝管蛇形冷凝管3、套管换热器的传热过程（1）对流（热流体→间壁）（2）导热（通过间壁）（3）对流（间壁→冷流体）五、热载体（1）加热剂饱和水蒸气（100～180℃）热水（40～100℃）矿物油等低熔混合

4、物（180～540℃）烟道气（500～1000℃）等。（2）冷却剂水（20～30℃）空气冷冻盐水液氨（-33.4℃）氟利昂等。六、热流量与热阻热流量φ（热流率）：单位时间内通过整个传热面传递的热量，W（J/s）。热流密度q（热通量）：单位时间内通过单位面积传热面传递的热量，W/m2。热流量φ＝△T(推动力)/R(热阻)七、热交换热交换：两个温度不同的物体由于传热，进行热量的交换。结果：温度较高的物体焓减小，温度较低的物体焓增加，涉及物质的焓变代数和为0。基本原则：能量守恒定律△H=mcp△T热交换器：用于热交换的设备第二节热传导一、

5、傅里叶定律（一）温度场与温度梯度1、温度场：某一时刻空间各点温度分布，是空间坐标和时间的函数。温度只延一个坐标方向变化，为“一维温度场”。稳定温度场（不随时间变化）不稳定温度场（随时间变化）2、等温线和等温面：某一时刻，将温度场中具有相同温度的点连接起来所形成的线或面。等温面不能相交，热交换发生在不同的温度面之间。3、温度梯度：向量，在等温面法线上，指向温度增加的方向1、傅里叶定律是热传导的基本定律，它指出：在温度场中，由于导热形成的热流密度正比于该时刻某一点的温度梯度。式中λ为热导率（导热系数）。（二）傅里叶定律和热导率二、热导率

6、热导率（导热系数）是某物质在单位温度梯度时所通过的热流密度。表征物质导热能力的大小，是物质的物理性质之一，单位为W/(m.℃)，与物质组成、结构、密度、温度及压力等有关。金属热导率大于非金属，液体较小，气体最小。热导率随温度变化而变化。如图所示：平壁壁厚为δ，壁面积为A；壁的材质均匀，热导率λ不随温度变化，视为常数；平壁的温度只沿着垂直于壁面的x轴方向变化，故等温面皆为垂直于x轴的平行平面。平壁侧面的温度t1及t2恒定。三、通过平壁的稳态导热（一）单层平壁稳态导热δ结论：热传导距离越小，材料导热系数越大，导热面积越大，则热阻越小，当

7、传热推动力一定时，热流量越大。根据傅立叶定律对稳态导热，q为常量，分离变量后积分，积分边界条件：当x=0时，t=t1；x=δ时，t=t2，Δt=t1-t2为导热的推动力而R=δ/λA则为导热的热阻φ如图所示：以三层平壁为例Qb1b2b3xtt1t2t3t4假定各层壁的厚度分别为δ1，δ2，δ3，各层材质均匀，热导率分别为λ1，λ2，λ3，皆视为常数；层与层之间接触良好，相互接触的表面上温度相等，各等温面亦皆为垂直于x轴的平行平面。壁的面积为A，在稳定导热过程中，穿过各层的热量必相等。（二）多层平壁的稳态导热第一层第三层第二层对于稳定

8、导热过程：φ1=φ2=φ3=φΦ1φ1φ2φ3对三层平壁，且t1>t2>t3>t4则：推广至n层平壁：结论：在稳定多层平壁导热过程中，哪层热阻大，哪层温差就大；反之，哪层温差大，哪层热阻一定大。当总温差一定时，热流量的大小取决于总热阻