食品工程原理第二讲.ppt

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1、第二章传热2.1热传导2.2对流传热2.3辐射传热2.4稳定传热过程计算2.5不稳定传热2.6换热器简介基本概念热传导(conduction);对流(convection);辐射(radiation)。传热是由于温度差而引起的能量转移——热量传递。根据传热机理不同，传热的基本方式有三种：强化传热：加热或冷却物料削弱传热：设备和管道的保温，减少热损失2.1热传导（conduction）通过微观粒子（分子、原子和电子）的运动实验能量传递。A傅立叶定律λ—热导率（thermalconductivity）,W/(m·K

2、)其中保温隔热材料：λ<0.17W/(m·K)2.1.1傅立叶导热定律与热导率温度梯度q—热流密度，w/m2负号表示高温传向低温，热流方向与温度梯度方向相反B热导率λ表征物质导热能力的大小，是物质的物理性质之一。与物质组成、结构、温度和压强有关。λ：金属>非金属固体>液体>气体大多数食品物料热导率的数量为10－1热传导时，物质内不同位置的温度可能不同，λ也会不同，一般取两传热温度下的平均值。平壁：一维热传导q为常量圆筒壁：温度仅沿半径方向变化Q是常量2.1.2通过平壁的稳态导热A单层平壁的稳态导热TxbdxT1

3、T2QoQ:传热速度（热流量）W(J/S)R:导热热阻S:传热面积傅立叶定律是热传导的基本定律当λ为常量时则平壁内任一等温面的温度xT1TT2bB单层圆筒壁则圆筒内的温度分布温度仅仅沿半径方向变化传热面积不是常量。随半径而变Q是常数，q不是常数A多层平壁2.1.3多层平壁的稳态导热平壁稳定导热——q相等某冷库壁面由0.076m厚的混凝土外层，0.100厚的软木中间层及0.013m厚的松木内层组成。其相应的热导率为：混凝土0.762W/(m·K)；软木0.0433W/(m·K).松木0.151W/(m·K).冷库

4、内壁面温度为－18℃，外壁面温度为24℃.求进入冷库的热流密度以及松木与软木交界面的温度。解：由题意为三层平壁的导热，T1=24℃,T4=-18℃,b1=0.076m,b2=0.100m,b3=0.013m,λ1=0.762W/(m·K),λ2=0.0433W/(m·K),λ3=0.151W/(m·K)(1)计算热流密度q(2)计算松木与软木交界面的温度T3B多层圆筒壁的稳态导热多层圆筒壁——Q相等整理上三式可得例：内径为25.4mm，外径为50.8mm的不锈钢管，其热导率为21.63w/(m.k).外包厚度为

5、25.4mm的石棉保温层，其热导率为0.2423w/(m.k).管的内壁面温度为538℃，保温层的外表面温度为37.8℃,计算钢管单位长度的热损失及管壁与保温层分界面的温度。（1）单位管长的热损失Q/LT2=532.5℃（2）计算管壁与保温层分界面的温度2.2对流传热2.2.1牛顿冷却定律（Newton’sLawofcooling）式中α—对流传热系数，W/（m2·K）S—总传热面积，m2∆T—温度差的平均值对流传热的所有复杂性都集中在α中对流传热-流体与固体壁面热对流流体质点间发生相对位移而引起的热量传递过程

6、—仅发生在流体α反映了对流传热的快慢，α越大表示对流传热愈快。α与λ不同，不是物理性质，受许多因素影响。距离TTwtwt热流体冷流体传热壁面湍流主体湍流主体传热壁面层流底层层流底层传热方向对流传热示意图各质点混合→温度梯度小→各处温度基本相同→对流传热对流传热热阻→主要滞流内层（层流底层）分层流动，各层通过导热进行。热导率小，导热热阻大，温度梯度大。对流传热系数关联式2.2.2对流传热系数关联式的建立方法理论方法实验方法—量纲分析－实验确定各准数关系准数的符号与意义准数名称符号准数式意义努塞尔（Nusselt）

7、Nu对流传热系数的准数雷诺（Reynolds）Re流动状态的准数准数的符号与意义准数名称符号准数式意义普兰特（Prandtl）Pr物性影响的准数格拉斯霍夫（Grashof）Gr自然对流影响的准数流体在管内作强制对流流体在圆形直管内用强制湍流、层流、过渡流流体在圆形弯管内作强制对流流体在非圆形管内作强制对流流体外绕壁面强制对流流体平行流过平板流体流过单个球体的表面流体垂直流过圆柱体流体在搅拌槽内强制对流大空间自然对流传热蒸气冷凝放热沸腾传热2.2.3流体在管内强制对流气体或低粘度液体高粘度液体流体绕外壁强制对流绕

8、方形物体绕柱形物体流体绕外壁强制对流2.2.6大空间自然对流传热例题：某管道上有一个边长为0.051m×0.04m的长方形铜片，它的温度均匀地保持在82.2℃，当101.3kPa、7.8℃的冷空气以12.2m/s的速度沿长边平行流过此铜片时，试计算对流传热系数。解：定性温度℃定性尺寸L＝0.051m在附录中查得45℃、101.3kpa下空气物性如下：2.2.7蒸气冷凝放热冷凝传热过程分