食品工程原理-第二章传热.ppt

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1、第二章传热1主要内容1概述2热传导3对流传热概述4稳定传热计算5热辐射6换热器2重点难点3了解热传导、热对流和热辐射的基本概念；掌握导热、对流换热的基本规律及计算方法；熟悉各种热交换设备的结构和特点；掌握稳定综合传热过程的计算；了解并掌握强化传热和热绝缘的措施。第一节概述4传热又称热传递，指物体之间或物体内部因温度差而引起的能量转移。传热的推动力温度差传热的方向高温向低温传热在食品工程中的应用具体应用：(1)一般的加热、冷却、冷凝过程；(2)食品的杀菌和保藏；(3)蒸发浓缩、干燥、结晶(通过加热去除水分)；(4)蒸煮、焙烤

2、(通过加热使食品完成一定的生化反应)。食品生产过程对传热的要求：强化传热(加热或冷却物料)削弱传热(设备和管道的保温)传热的基本方式热的传递是由于系统内或物体内温度不同而引起的，根据传热机理不同，传热的基本方式有三种：热传导(conduction)；热对流(convection)；热辐射(radiation)。物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导。1.热传导（又称导热）7相互接触的物质之间静止的物质内部层流流动的物质内部发生在82.热对流流体各部分之间发生相对位

3、移所引起的热传递过程称为热对流。热对流仅发生在流体中。强制对流：因泵（或风机）或搅拌等外力所导致的对流。流动的原因不同，对流传热的规律也不同。在同一流体中有可能同时发生自然对流和强制对流。两种方式：自然对流：由于流体各处的温度不同而引起的密度差异，致使流体产生相对位移，这种对流称为自然对流。9流体流过固体表面时发生传热过程，即是热由流体传到固体表面(或反之)的过程，通常将它称为对流传热(又称为给热)。热对流与对流传热对流传热注意：热对流和对流传热是两个不同的概念。流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为热对流。热对

4、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，而不需要任何介质（可在真空中传播）。任何物体只要在绝对零度以上都能发射辐射能，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。实际上，上述三种传热方式很少单独出现，而往往是相互伴随着出现的。11第二节热传导热传导的基本概念傅里叶定律通过平壁的稳态热传导通过圆筒壁的稳态热传导12（一）热传导的基本概念温度场等温面温度梯度1、温度场温度场(temperaturefield)：某一瞬间空间中各点的温度分布，称为温度场

5、(temperaturefield)。式中：t——温度（℃或K）；x,y,z——空间坐标；τ——时间（S）。物体的温度分布是空间坐标和时间的函数，即t=f(x，y，z，τ)一维温度场：若温度场中温度只沿着一个坐标方向变化。一维温度场的温度分布表达式为：t=f(x,τ)对于一维的稳定传热有：t=f(x)不稳定温度场：温度场内各点温度随时间而改变。相应的传热称为非定态热传导。稳定温度场：温度场内各点温度不随时间而改变。相应的传热称为稳定传热温度场t=f(x，y，z)食品工业中大部分情况下的连续生产均为稳定传热特点：通过某传热表

6、面的传热速率为常量等温面的特点：（1）等温面不能相交；（2）沿等温面无热量传递。t1t2t1>t2等温面Q等温面：温度场中同一时刻相同温度各点组成的面。对于等温面x和x+Δx的温度分别为t(x,τ)和t(x+Δx,τ)，则两等温面之间的平均温度变化率为：t(x+Δx,τ)－t(x,τ)Δx2、等温面3、温度梯度温度梯度是一个向量：方向垂直于该点所在等温面；以温度增加的方向为正。一维定态热传导t+tt-ttnQdA17（二）傅立叶定律公式热通量温度梯度与傅里叶定律导热系数傅立叶定律是热传导的基本定律，它指出：单位时间内传

7、导的热量与温度梯度及垂直于热流方向的截面积成正比，即式中Q——传热速率，单位时间传导的热量，wA——导热面积，即垂直于热流方向的表面积，m2λ——导热率（导热系数），W/(m·k)式中的负号指热流方向和温度梯度方向相反。或1、公式q:热通量(热流密度)，W/m2对一维稳态热传导2、热通量根据傅里叶定律，单位时间内单位传热面积传导的热量与温度梯度也成正比，因此傅里叶定律又可表示为：ndAQt+△ttt-△t∂t/∂n图温度梯度和傅立叶定律3、温度梯度和傅立叶定律λ表征物质导热能力的大小，是物质的物理性质之一，其值与物质的组成

8、，结构、密度、温度及压强有关。由实验测得。一般金属（固体）的导热系数>非金属（固体）>液体>气体表2-1物质导热系数的数量级4、导热系数单位：W/(mK)物质种类气体液体非导固体金属绝热材料λ，w/(m·k)0.006～0.60.07～0.70.2～0.315～240＜0.25多数固体λ与温度的关系λ