食品工程原理传热课件(20200617172152)
食品工程原理实验 ppt课件
泵压头(扬程H)的测定
如右图所示，在泵的进出 口处分别安装真空表和压力 表，在真空表与压力表之间 列柏努得方程式，即
压强表 真空计
离心泵
储槽
H h p m p v u 2 2 u 1 2 0 g 2 g
H f
（2-1）
式中：pM —压力表读出压力（表压），N/m2； pV—真空表读出的真空度，N/m2；
图上绘有三种曲线
Ｈ－Q曲线 Ｎ－Q曲线 η－Q曲线
4B20
26
n=2900r/min
η
80
24
70
22
H
60
20
50
18
8 40
16
N
6 30
14
4 20
12
2 10
10
00
0 4 8 12 16 20 24 28 32 Ｑ,l/s
0 20 40 60 80 100 120 m3/s
离心泵的特性曲线
三、实验装置
1－风机；2－管道；3－进风口；4－加热器；5－厢式干燥器；6－气流均布器； 7－称重传感器； 8－湿毛毡； 9－玻璃视镜门； 10，11，12－蝶阀 图1 实验装置流程示意图
四、实验步骤
➢ 1.放置托盘，开启总电源，开启风机电源； ➢ 2.打开仪表电源，旋转加热按钮至适当加热电压。在U型
湿漏斗中加入一定水量，并关注湿球温度，干燥室温度 （干球温度）要求达到恒定温度（例如70℃）； ➢ 3.将恒重过的毛毡加入一定量的水并使其润湿均匀，注意 水量不能过多或过少；
➢ 4.当干燥室温度恒定在70℃时, 将湿毛毡十分小心地放置 于称重传感器上；
➢ 5.立刻记录时间和脱水量，每分钟记录一次重量数据；每 两分钟记录一次干球温度和湿球温度；
食品工程原理4
R——导热热阻，K/W ； r——单位面积的导热热阻 。 传导距离b越大、传热面积和导热系数越小，传导热阻越大
多层平壁的稳态热传导
设（1）材质均匀，λ 1λ 2λ 3为常数 （2）一维定态导热 （3）Q与A均为常量 （4） t1>t2>t3>t4
Q t1 t 2 t 2 t3 t3 t 4 b1 b2 b3 1 A 2 A 3 A
GhC ph T1 T2 GcC pc t2 t1
第二节 热传导
温度场
（1）温度场——某一瞬间，空间（或物体）所
有各点温度分布
t f x, y, z,
定常态温度场： t f x, y, z 一维定常态温度场： t f x
等温面
同一时刻，温度场中相同温度各点所组
物质的三态均可以充当热传导介质，但导
热的机理因物质种类不同而异：
固体金属：自由电子在晶格之间运动；
液体和非金属固体：分子的动量传递； 气体：分子的不规则运动。
（二） 对流传热
热对流是指物体中质点发生相对的 位移而引起的热量交换，热对流是流体 所特有的一种传热的方式
热对流与流体运动状况有关，热对 流还伴随有流体质点间的热传导，工程 上通常将流体与固体之间的热交换称为 对流传热，即包含了热传导和热对流。
常见各类物质导热系数的大致范围如下：
金属 建筑材料 绝热材料 液体 气体 10-400 W/(m2· K) 0.1-3 W/(m2· K) 0.01-0.2 W/(m2· K) 0.07-0.7 W/(m2· K) 0.006-0.06 W/(m2· K)
2、固体的导热系数
纯金属的导热系数一般随温度的升高而降低
一切物体都能以这种方式传递能量，而不需
《食品工程原理》第五章 传热
传热
Heat Transfer
第一节 传热概述 第二节 热传导 第三节 对流传热 第四节 热交换 第五节 辐射传热
.
第一节 传热概述
5-1 传热的基本概念
1.传热基本方式
（1）热传导（conduction）
当物体内部或两直接接触的物体间有温度差时， 温度较高处的分子与相邻分子碰撞，并将能量的 一部分传给后者。
G P r 6 r .1 2 6 0 0 6 .4 7 .0 1 4 60 3
查表5-3 a = 0.53, m = 1/4
Nu=a(Pr·Gr)m
N u aL 0. 5(3 4 .1 460 )3 1/ 424.3 λ
αN λ u 24 0.3 .0 7 3.04 W 512/K (m ) L 0.1
δ1
δ2
.
本次习题
p.195
2. 5.
.
5-4 通过圆筒壁的稳态导热
5.4A 通过单层圆筒壁的稳态导热
Φλ2πrLdT
dr
Φ 2π
r2
Lr1
drλT2
r
T1
dT
Φ
2πLλ
lnr2 (T1
T2
)
r1
令
rmΦ rl2n2δ π rr12r1 m/rLλ T1T δln2rr12r2rδrm1
令 Am 2π rm L
.
M 3 Θ 1 L 1 a L T b M T 1 T 1 c M 3 Θ L 1 d M 3 L e L 2 T 2 Θ 1 f L L T 2 g
按因次一致性原则
对质量M 1 = c + d + e 对长度L 0 = a + b – c + d – 3e + 2f + g
食品工程原理传热3
2.4 沸腾对流传热系数的计算
（1）温度差：温度差是控制沸腾传热的重要参数，应尽量在 核状沸腾阶段操作。 （2）操作压力：提高操作压力可提高液体的饱和温度，从而 使液体的粘度及表面张力均下降，有利于气泡的生成与脱离壁 面，其结果是强化了对流传热过程。 （3）流体物性：气泡离开表面的快慢与液体对金属表面的浸 润能力及液体的表面张力的大小有关，表面张力小，润湿能力 大的液体，形成的气泡易脱离表面，对沸腾传热有利。此外λ、 μ、ρ等也有影响。 （4）加热面的影响：加热面的材料、粗糙度的影响。
总传热系数（以外表面为基准）为
1 Ko do bdo 1 i d i d m o
同理
1 Ki bdi d 1 i i d m o d o
总传热系数表示成热阻形式为
Km
dm d m i di o do
1 b
do bdo 1 1 ko i di d m o
第四章 传热
本章重点和难点
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；
了解强化传热和热绝缘的措施。
第一节 概述
一、传热在食品工程中的应用
食品加工过程中的温度控制、灭菌过程以及各种单元操作 （如蒸馏、蒸发、干燥、结晶等）对温度有一定的要求。
1.1 膜状冷凝时对流传热系数
1.1.1 在垂直管或垂直板上作膜状冷凝
r 2 g3 4 0.943 ( ) lt
1
1.1.2 水平管壁上作膜状冷凝
r 2 g3 4 0.725( ) dnt
1
式中 l——垂直板或管的高度
ρ、λ、μ——冷凝液的密度、导热系数、粘度
中国农大食品工程原理 第2章 (10)传热
第2章 传 热传热是由于温度差而引起的能量转移，又称热量传递。
热量总是自动地由高温区传递到低温区。
1 传热的基本概念 1.1 传热的基本方式根据传热机理的不同,传热有以下3种基本方式： (1) 热传导(又称导热) 主要是通过微观粒 子的运动传递能量，物质没有宏观位移。
(2)热对流 热对流是指流体质点间发生相对位移而引起的热量传递过程。
热对流仅发生在流体中。
对流可分为自然对流与强制对流。
因温度不同而引起密度的差异，使轻者上浮，重者下沉，流体质点间发生相对位移，这种对流称为自然对流；因水泵、风机或其他外力作用而引起的流体流动，这种对流称为强制对流。
(3)热辐射因为热的原因而产生的电磁波在空间的传播，称为热辐射。
物体之间相互辐射和吸收能量的总结果称为辐射传热。
辐射传热不仅有能量的传递，还同时伴随有能量形式的转化。
辐射传热不需要任何介质来传递能量。
1．2 温度场与温度梯度 1．2．1 温度场温度场即是任一瞬间物体或系统内各点温度分布的总和。
温度场的数学表达式为 T=f(x ，y ，z ，t)稳定温度场：温度场不随时间而变化的传热过程； 不稳定温度场：温度场随时间而变化的传热过程。
在稳定温度场中的传热称为稳定传热。
温度场中同一时刻温度相同的各点组成的面称为等温面，温度不同的等温面不会相交。
1．2．2 温度梯度将沿等温面法线方向上的温度变化率称为温度梯度，记做grad T ：nTgradT ∂∂=温度梯度是向量，它的正方向是指向温度增加的方向。
通常，也将温度梯度的标量称为温度梯度。
对于一维温度场，温度梯度可表示为grad T=dT/dx1．3 传热速率与热通量传热速率（热流量）Q ：单位时间通过传热面的热量，W （J/s ）；注意：在稳定传热过程中，通过各个传热面的热量均相等（为一常数），此为稳定传热的基本特点。
热通量（热流密度）q ：单位时间通过单位传热面的热量， W/m 2。
传热速率与热通量的关系为： q=dQ/dS1．4 载热体用于传送热量的介质称为载热体。
食品工程原理完整PPT课件
食品与生物工程学院
主讲人：刘伟民 （查询教师请登录学院网页）
江苏大学《食品工程原理》课件
食品工业中的物理过程或物理操作步骤，对食品 工程师、科研人员及管理人员而言，非常重要。
processes is unified and simplified.
工业和过程生产线按单元操作分割，以统一和简
化描述。
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0.2.2 单元操作的特点
都是物理操作； 都是共有的操作； 原理相同，设备通用（不同过程中，设备的个数
的 设 计 指动量、热量、 浓 度 （ 指单 位 体积 物 差除以传递阻 一 求 传 （3）数学模型辅助实验测
主 设备 物质量)
理量）梯度乘系数
力
递阻力 （4）实验测掩盖求通量
线
完成 选用 设计 计算
选用 动量 型 设备
需求出设备的动 量通量(指单位 面积单位时间的 动量)
运用规律：动量通量 绝对值等于速度梯度 乘比例系数动力粘度 或表观动力粘度
食品与生物工程学院
主讲人：刘伟民 （查询教师请登录学院网页）
江苏大学《食品工程原理》课件
对涉及生物、化学加工的食品加工过程而言，过 程的核心应当是生物化学或化学反应过程和设备 （反应器）。
为了过程得以经济有效地进行，反应器中应保持 某些优惠条件，如适宜的压强、温度、浓度、界 面积。
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主讲人：刘伟民 （查询教师请登录学院网页）
食品工程原理第二章第一节
d轴功率：泵轴所需的功率。当泵直接由电动 机带动时，它即是电机传给泵轴的功率，单 位为W或kW。离心泵的有效功率是指液体从 叶轮获得的能量。
N
N e , (W
)
N HQ g , (W ) e
N HQ , ( kW ) 102
-----精品文档------
(2)离心泵的特性曲线
4B20
n=2900r/min
η
26
80
24
70
22
H
60
H,m N,kW
η,%
20
50
18
40
16
8
30Nຫໍສະໝຸດ 1462012
4
10
10
2
0
0
20 40 60 80 ---1--0精0品文档1-2--0--- 140 160 Q m3/h
例 采用图示的实验装置测定离心泵的性能。 泵的吸入管内径为100mm，排出管内径为 80mm，两测压口间垂直距离为0.5m。泵的 转速为2900r/min，以20℃清水为介质测得以 下数据：流量15L/s，泵出口表压 2.55×105Pa，泵入口处真空度2.67×104Pa， 功率表测得电动机所消耗的功率6.2kW。
u2ctg2
Q
T g gD b T
22
u D2n,n为叶轮转速，r / min
2 60
-----精品文档------
a 、叶轮的转速和直径 由上式可看出，当理论流量和叶片几何尺
寸（b2,β2）一定时，离心泵的理论压头随 叶轮的转速、直径的增加而加大；
b、叶片的几何形状 当叶轮的直径和转速、叶片的宽度及理论
90 , 则 cos 0
传热的基本概念PPT课件
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； 了解强化传热和热绝缘的措施。
1
整体概况
概况一
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01
概况二
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02
概况三
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03
2
传热在食品工程中的应用 食品加工过程中的温度控制、灭菌过程以及
各种单元操作（如蒸馏、蒸发、干燥、结晶等） 对温度有一定的要求。
3
3.1 传热的基本概念
3.1.1 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); ➢对流(convection); ➢辐射(radiation)。
一维稳定热传导 dt / dx
12
3.1.3 传热速率与热通量
传热速率（热流量）：单位时间通过传热面积的 热量。用Q表示，单位W (J/s)。 热通量（热流密度）：单位时间通过单位传热面 积的热量q ，单位W/m2
q dQ dS
传热速率＝传热温度差（推动力） 热阻（阻力）
13
3.2 热传导
3.2.1傅立叶定律与热导率
（1）温度场
➢ 温度场(temperature field)：空间中各点在某一瞬间 的温度分布，称为温度场。
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)
式中：t —— 温度； x, y, z —— 空间坐标； τ—— 时间。
8
等温面
t1 t2
不同温度的等温面不相交。
Q
t1>t2
(食品工程原理)02传热
第二章传热若物体上的两部分间连续存在着温度差，则热将从高温部分自动地流向低温部分，直至整个物体的各部分温度相等为止。
食品灭菌过程以及各种单元操作（如蒸馏、蒸发、干燥、结晶等）都涉及到传热理论。
☐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；掌握稳定综合传热过程的计算☐了解强化传热和热绝缘的措施。
第一节第节传热的基本概念•三种传热方式简介•温度场与温度梯度•传热速率与热通量•载热体•换热器1.1 传热的基本方式11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不同而引起的，根据传热机理不同，传热本式有种的基本方式有三种：热传导(conduction);对流();对流(convection);辐射(radiation)。
(1)(1).热传导（又称导热）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特点而引起的热量传递称为热传导。
特点:没有物质的宏观位移.(2)(2).热对流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。
热对流仅发生在流体中。
热对流的两种方式：强制对流和自然对流强制对流：因泵（或风机）或搅拌等外力所导致的对流称为强制对流。
(2)(2).热对流热对流的两种方式：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。
流动的原因不同，对流传热的规律也不同。
在同体中有能同时发自然对制对同一流体中有可能同时发生自然对流和强制对流。
(3)、热辐射(3)热辐射因热的原因而产生的电磁波在空间的传递称为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。
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。
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。
食品工程原理传热
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。
三、通过平壁的稳态导热
（一）单层平壁稳态导热
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。
δ
平壁侧面的温度t1及t2恒定。
按热流密度公式计算q：
Q t1 t 4 10 (5) q 5.27w / m 2 b3 0.12 0.10 0.12 b1 b2 A ( ) 0.70 0.04 0.70 1 2 3
按温度差分配计算t2、t3
0.12 t 2 t1 q 10 5.27 9.1℃ 1 0.70 b1
t
2
t r r r
1 2 1
dr
在半径r处取一厚度为dr的
薄层，若圆筒的长度为L，则 半径为r处的传热面积为 A=2πrL。
L
根据傅立叶定律，对此薄圆筒层传导的热量为：
dt dt φ Q A 2rL dr dr
将上式分离变量积分并整理得
t1 t 2 Q 2L φ r ln 2 r 1
b3 0.12 t3 q t4 5.27 (5) 4.1 ℃ 3 0.70
四、圆筒壁的稳态导热
1、通过单层圆筒壁的稳态导热
设圆筒的内半径为r1，内 温度只沿半径方向变化，
如图所示：
壁 温 度 为 t1， 外 半 径为 r2， 外壁温度为t2。 等温面为同心圆柱面。圆筒 Q 壁与平壁不同点是其面随半 径而变化。
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。
食品工程原理课件 第二章 传热
Q
t1 t 2 t3 t1 t 4 b b b b b b ( 1 2 3 ) ( 1 2 3 ) 1S 2 S 3 S 1S 2 S 3 S
t1 t 2 t3 t1 t 4 Q R1 R2 R3 R1 R2 R3
二、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)。
1.热传导（又称导热）
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。
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，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
多数固体λ与温度的关系
λ=k0+k×t 单位：W/(m K) k0 --0℃下的导热系数 k为经验常数。 对大多数金属材料，其k值为负值；对非金属材料则为正值。
二、平壁的稳定热传导
1 单层平壁的热传导
如图所示：
平壁壁厚为b，壁面积为S； 壁的材质均匀，导热系数 λ 不
随温度变化，视为常数；
t1 t2 t t t b
1 2
Q
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。
o
b
x
根据傅立叶定律
换热器：实现冷、热介质热量交换的设备
用于输送热量的介质—载热体。 加热介质（加热剂）：起加热作用的载热体。水蒸气、热水等。 冷却介质（冷却剂）：起冷却作用的载热体。冷水、空气制冷剂。
食品工程原理第二讲
T 20 40 30 ℃
2
di 0.02m
（2）查取定性温度下的物性。
995.7kg / m3, 80.12105 pa s,
C p 4.174kJ /(kg k ),
0.6171w /(m k )
中新口腔
（3）计算水的对流传热系数
L3 150 60
di 0.02
解：定性温度
T 82.2 7.8 45 ℃
2
定性尺寸 L＝0.051m
在附录中查得45℃、101.3kpa下空气物性如下：
1.935105 pa s, 2.791102 w /(m k ) 1.111kg / m3 , Pr 0.6985 Re Lu 3.572104 3105
δ1
1 2 3
q T3
T4
x
δ2 δ3
中新口腔
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。
准数
Lu 流动状态的准数
中新口腔
准数的符号与意义
准数名称 符号 准数式
意义
普兰特 （Prandtl）
Pr
Cp
物性影响的 准数
格拉斯霍夫 （Grashof）
Gr
gTL3 2 自然对流影
2
响的准数
中新口腔
流体在管内作强制对流
流体外绕壁面强制对流 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
Pr 0.6985 0.6