实验五 传热试验 食品机械原理
《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
食工原理-第5章 传热(1)讲解
对流传热分类
对流传热
有相变 传热
无相变 传热
冷凝传热 沸腾传热
自然对流 强制对流
管外对流 管内对流
圆形直管 非圆管道 弯管
湍流 过渡流 层流
液膜流动的Re
注：t Ts Tw
994.058
A
4
d
2 i
n
4
0.022
60
0.01885m2
u V 0.01885 0.9999m/ s A 0.01885
Re
du
0.02 0.9999994.058 0.727 103
2.734 104
104
Pr
cP
41740.727103 0.626
4.847
0、对流传热速率方程式
对流〉〉导 热
对流+导热 仅有导热
湍 缓层 固
流 核 心
冲流
层
内 层
体 壁
▪ 湍流↑→层流底层↓
▪ 热阻集中部位？
当量膜δt
简化假定：全部阻力都集中在厚度为δt 的有效膜内。膜内导
热传热。
故：
Q
T
t
当量膜δt
A
令： ——对流传热系数
t
W/(m2·K)
第五章 传热
第一节 概述
动量传递 热量传递 质量传递
一、传热在食品工程中的地位
由热力学第二定律可知，凡是有温差的地方就有热量传递。 传热是食品工程技术中重要的一部分，食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。
食工对传热过程有两方面的要求： • 强化传热～加热与冷却 • 削弱传热～保温
Q
T 1
传热综合实验
传热综合实验传热综合实验是化工、机械、材料等专业中的重要实验之一。
本实验旨在通过实践操作，让学生深入理解传热理论，并掌握传热实验技巧，了解传热实验设备的基本特点和使用方法。
本文将就传热综合实验进行详细介绍。
一、实验原理在传热综合实验中，通过传热器件和传热介质来掌握传热方式和表征物质的传热性能。
热源：热源是产生热量的装置，通常使用电加热方式。
传热介质：传热介质是传递热量的介质，如水、空气等。
传热器件：传热器件是介质和热源之间传热的设备，可分为对流传热、辐射传热、传导传热三种方式。
在实验中，通过热功率测量，流量测量，温度测量等操作，得出传热介质的传热性能参数，实现对传热规律的探讨和总结等目的。
二、实验设备传热综合实验设备一般包括热源、传热介质、传热器件和测量系统四部分。
1、热源：采用电阻加热，均匀升温，稳定加热；2、传热介质：水或空气，可根据不同的实验需要进行选择；3、传热器件：采用双管夹套式传热器，包括热器壳体、热器体、进出口、传热管等组成；4、测量系统：温度计、流量计、电压表等测量仪器。
三、实验过程传热综合实验主要包括三个步骤，即实验准备，实验操作，实验结果的处理及分析。
（1）检查实验仪器设备的工作状态以及正确性等，不能出现故障和问题；（2）加热热源，并控制加热电流，保持稳定，确保传热介质均匀受热；（3）调节传热介质的流量及其温度，保证传热介质的流速、温度、压力等参数符合实验要求；（4）对传热管的长度、直径、管壁材料、壁厚等进行测量和记录，为后续实验数据收集打下基础。
2、实验操作（1）调节传热介质的流量，保持稳定；（2）采集出口传热器的温度，通过计算可以推算出传热的热流，进而计算出传热系数；（3）采用热传导实验，测量传热壁板的温度分布，推算出传热系数；（4）采用加热器将热量通过辐射的方式传递到样品上，测量样品温度变化，进而计算得出热辐射传热系数。
3、实验结果的处理及分析（1）通过测量传热介质进口、出口的温度、流量、压力数据等，可得出介质的传热性能参数；四、实验注意事项（1）实验者必须具备基本的实验技能，正确操作和安装实验设备；（2）务必严格按照实验设计方案执行实验操作，掌握各种测量仪器的使用方法、精度和准确性；（3）实验过程中出现异常情况，要及时排除并进行记录，以保证实验数据的真实性；（4）实验结束后要认真整理实验设备，清洗干净所有仪器，保证设备干净整洁，方便下一次实验的开展。
传热实验 食品工程原理实验
实验五 传热实验一、实验目的1、了解换热器的结构及用途2、学习换热器的操作方法3、了解传热系数的测定方法4、测定所给换热器的传热系数K5、学习应用传热学的概念和原理去分析和强化传热过程，并实验之二、实验原理根据传热方程m t ∆=KA Q ，只要测得传热速率Q 、有关各温度和传热面积，即可算出传热系数K 。
在该实验中，利用加热空气和自来水通过列管式换热器来测定K ，只要测出空气的进出口温度、自来水进出口温度以及水和空气的流量即可。
在工作过程中如不考虑热量损失，则加热空气放出的热量Q 1与自来水得到的热量Q 2应相等，但实际上因热损失的存在，次两热量不相等，因此实验中以Q 2为准。
三、实验流程及设备本实验装置由列管换热器、风机、空气电加热器、管路、转子流量计、温度计等组成。
空气走管程，水走壳程。
列管式换热器的传热面积由管径、管数和管长进行计算。
四、实验步骤及操作要领1、熟悉设备流程，掌握各阀门、转子流量计和温度计的作用2、在实验开始时，先开水路，再开气路，最后再开加热器3、控制所需的气体和水的流量4、待系统稳定后，记录水的流量、进出口温度，记录空气的流量和进出口温度，记录设备的有关参数，重复一次5、保持空气的流量不变，改变自来水的流量，重复第四步6、保持第四步水的流量，改变空气的流量，重复第四步7、实验结束后，关闭加热器、风机和自来水阀门五、实验数据记录和整理1、设备参数及有关常数：列管换热器的管数：n= 根 管长：l= m 空气温度： ℃ 大气压： MPa 转子材料： 换热流型： 逆流 换热面积： 0.4 m 22、实验数据记录表序号风机出口压强KPa 空气流量读数m 3/h 空气进口温度℃ 空气出口温度℃ 水流量L/h 水进口温度℃ 水出口温度℃ 1 14 16 117.8 30.2 120 20.2 22.3 2 14 16 115.0 30.1 120 20.2 22.3 1 14 16 115.0 29.6 80 20.4 22.9 2 14 16 114.5 30.6 80 20.4 23.2 1 14 16 110.7 32.9 40 20.4 25.9 2 14 16 116.0 33.3 40 20.4 25.9 1 14 11 111.0 32.0 40 20.4 24.6 2 14 11 115.0 31.5 40 20.4 24.4 114 6 113.0 30.2 40 20.4 22.9 2146115.729.54020.422.73、数据处理表 以序号①为例：水：水质量流量为s /kg 033.0360011203600V Wc =⨯=⨯=ρ水的平均温度为25.2123.222.202t t t 21=+=+=水的传热速率为06.291)2.203.22(4200033.0)t -t (12=-⨯⨯==PC C C W Q J/s 查表得：0.98tϕ=，对数平均温差89.372.202.303.228.117ln)2.202.30()3.228.117(t t ln t -t t 2121m=-----=∆∆∆∆=∆m t 0.98=，m m t t *37.89*0.9837.13t ∆=ϕ==所以水的m 21t ()pc pc K A W C t t ∆=-21m()0.033420019.60t 0.437.13pc pc W C t t K A -⨯⨯(22.3-20.2)===∆⨯传热系数为K W/m 5.34620.2-.3224.006.291)t -t (222===）（A Q K由热平衡可得）1221()-(t t C W T T C W Q cp c ph h -==故可得空气的传热系数为2112()0.03342007.62()0.4pc pc W C t t K A T T -⨯⨯(22.3-20.2)===-⨯(117.8-22.3)水W/m 2K则传热系数K 的平均值为219.607.6213.61W /m K 22K K K ++===水空序号空气流量10-3m 3/s 水流量kg/s 水的算术平均温度水的比热J/kg 传热速率J/s 对数平均温差换热面积m 2传热系数K W/m 2KK 的平均值W/m 2K1 4.44 0.033 21.25 4200 291.06 37.13 0.4 19.60 13.952 4.44 0.033 21.25 4200 291.06 36.28 0.4 20.06 14.31 1 4.44 0.022 21.65 4200 231.00 35.27 0.4 16.37 11.57 2 4.44 0.022 21.80 4200 258.72 36.26 0.4 17.84 12.77 1 4.44 0.011 23.15 4200 254.10 37.00 0.4 17.17 12.67 2 4.44 0.011 23.15 4200 254.10 38.93 0.4 16.32 12.00 1 3.06 0.011 22.50 4200 194.04 36.51 0.4 13.29 9.71 2 3.06 0.011 22.40 4200 184.80 37.11 0.4 12.45 8.99 1 1.67 0.011 21.65 4200 115.50 35.48 0.4 8.14 5.81 21.670.01121.554200106.2635.38 0.47.515.30六、实验结果及讨论1.求出换热器在不同操作条件下的传热系数 答：见上解答。
传热综合实验
页脚内容1实验五 传热综合实验一、实验目的1.通过对空气—水蒸气简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数i α的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。
并应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARe m Pr 0.4中常数A 、m 的值。
2.通过对管程内部插有螺旋线圈的空气—水蒸气强化套管换热器的实验研究，测定其准数关联式Nu=BRe m 中常数B 、m 的值和强化比Nu/Nu 0，了解强化传热的基本理论和基本方式。
二、实验内容1. 测定5～6个不同流速下普通套管换热器的对流传热系数i α，对i α的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=ARe m Pr 0.4中常数A 、m 的值。
2.测定5～6个不同流速下强化套管换热器的对流传热系数i α，对i α的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=BRe m 中常数B 、m 的值。
3.同一流量下，按实验1所得准数关联式求得Nu 0，计算传热强化比Nu/Nu 0。
三、实验原理（一） 普通套管换热器传热系数及其准数关联式的测定 1.对流传热系数i α的测定对流传热系数i α可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定。
因为i α<<o α ,所以： （W/m 2·℃） 式中：i α—管内流体对流传热系数，W/(m 2·℃)； Q i —换热器传热速率，W ；S i —管内换热面积，m 2； mi t ∆—对数平均温差，℃。
()i mi i i i S t Q K ⨯∆=≈/α页脚内容2对数平均温差由下式确定： 式中：t i1，t i2—冷流体的入口、出口温度，℃；T w —壁面平均温度，℃；因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等，用T w 来表示，管外为蒸汽冷凝，因此，将壁面平均温度近似视为蒸汽的温度，且保持不变。
传热面积(内)：i i i L d S π= 式中：d i —传热管内径，m ；L i —传热管测量段的实际长度，m 。
食品工程原理实验指导书(1)
3.最大点速度的计算
求得某—段在某一流量下的动压头 ，可按下式得出该处在一定流量下的最大点速度umax。
4.不同流速下的阻力损失及其比值
阻力损失 为不同位置的液位之差（测压孔位于同一方向）。并比较 大/ 小是否与u2大/u2小是否近似相等。
其中l、d为装置参数，ρ、μ通过测定流体温度，再查有关手册而得， 为仪表读取的流体流量。
滞流(层流)时，λ＝64／Re；湍流时λ是雷诺准数Re和相对粗糙度的函数，须由实验确定。实验时测出某一流量下的压力降，即可计算出此时的λ和Re；改变流量进行实验，即可求得一系列λ和Re值，从而得到λ-Re关系。
2、局部阻力（90°弯头）
5)实验结束时，先关闭测压点开关，再关闭红色闸阀，等流量指示仪表上显示为零时，再按下仪表箱上泵的红色“关”按钮，接着切断仪表箱电源开关。
注：螺纹管道实验设备参数：螺纹管内径d=18mm；管道直径d0=21.25mm；螺纹管的测压点距离L=2m；计量槽底截面为515 mm×315mm。
实验注意事项：
排气泡每完成1次时，要先关闭测压点开关，再关闭闸阀，以避免空气再次进入测压管道，影响压差值稳定性与准确性。最后一次无需进行此操作。
根据阻力系数法，流体通过某一管件或阀门时的机械能损失可表示为流体在管内流动时平均动能的某一倍数，即：
因此
由 得：
式中 —局部阻力系数，无因次； —局部阻力引起的压降，kPa。
三、实验装置
实验装置流程图：
四、实验步骤
1、光滑直管：
1)关闭所有阀门，打开仪表电源，打开泵开关，检查泵转动方向是否正确。
2)打开光滑管道的闸阀至最大开度，接着打开光滑管道两直管测压点分别与直管和弯头压差传感器连接。
实验五：传热实验
实验五：传热实验实验名称：传热实验实验目的：1. 了解传热的基本概念和机理；2. 掌握传热实验的基本方法；3. 研究不同物体传热的规律。
实验仪器和材料：1. 实验装置（包括加热源、传热介质等）；2. 温度计；3. 计时器；4. 不同材料的样品（如金属、塑料、水等）；5. 实验记录表。
实验步骤：1. 准备实验装置，其中包括一个加热源和传热介质（如水）。
2. 将不同材料的样品分别放入实验装置中，确保其完全浸入传热介质中。
3. 记录初始温度，并将加热源接通，开始传热实验。
4. 每隔一定时间间隔（如1分钟），测量样品的温度，并记录下来。
5. 持续观察样品温度的变化，在一定时间范围内记录多个数据点。
6. 根据记录的数据，绘制温度-时间曲线。
7. 分析曲线，得出不同材料的传热规律，并进行实验结果的讨论。
注意事项：1. 实验过程中要注意安全，避免烫伤或其他意外事故的发生。
2. 在记录数据时，要准确读取温度计，并保持实验环境的稳定。
3. 实验装置的搭建要牢固可靠，确保传热介质不泄漏或溢出。
实验结果分析：根据实验记录的温度-时间曲线，可以观察到不同材料的传热速率和传热方式的差异。
一般来说，金属材料的传热速率较高，而塑料等非金属材料的传热速率较低。
同时还可以比较不同材料在传热过程中的温度变化趋势，评估材料的传热性能。
总结：通过传热实验的进行，我们可以了解到不同材料的传热规律和传热机制。
这对于工程设计、能源利用等方面都有重要意义。
此外，实验过程中的数据记录和分析也培养了我们的实验操作能力和数据处理能力。
食品工程原理实验报告-板式换热器
食品加工机械与设备实验板式换热器实验张金库3140906052食品质量与安全1402一、板式换热器简介板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器。
各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。
板式换热器是液液、液汽进行热交换的理想设备。
它具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、安装清洗方便、应用广泛、使用寿命长等特点。
在相同压力损失情况下，其传热系数比管式换热器高3-5倍，占地面积为管式换热器的三分之一，热回收率可高达90%以上。
板式换热器的型式主要有框架式（可拆卸式）和钎焊式两大类，板片形式主要有人字形波纹板、水平平直波纹板和瘤形板片三种。
二、基本结构1、板式换热器板片和板式换热器密封垫片2、固定压紧板3、活动压紧板4、夹紧螺栓5、上导杆6、下导杆7、后立柱三、板式换热器优点a.传热系数高。
由于不同的波纹板相互倒置，构成复杂的流道，使流体在波纹板间流道内呈旋转三维流动，能在较低的雷诺数（一般Re=50~200）下产生紊流，所以传热系数高，一般认为是管壳式的3~5倍。
b.对数平均温差大，末端温差小。
在管壳式换热器中，两种流体分别在管程和壳程内流动，总体上是错流流动，对数平均温差修正系数小，而板式换热器多是并流或逆流流动方式，其修正系数也通常在0.95左右，此外，冷、热流体在板式换热器内的流动平行于换热面、无旁流，因此使得板式换热器的末端温差小，对水换热可低于1℃，而管壳式换热器一般为5℃。
c.占地面积小。
板式换热器结构紧凑，单位体积内的换热面积为管壳式的2~5倍，也不像管壳式那样要预留抽出管束的检修场所，因此实现同样的换热量，板式换热器占地面积约为管壳式换热器的1/5~1/8。
d.容易改变换热面积或流程组合。
只要增加或减少几张板，即可达到增加或减少换热面积的目的；改变板片排列或更换几张板片，即可达到所要求的流程组合，适应新的换热工况，而管壳式换热器的传热面积几乎不可能增加。
食品工程原理第五章
传 热
图5-1 单层平壁热传导
传 热
实际上，物体内部不同位置上的温度并不相同，因而 导热系数也随之不同。但在工程计算中，对于各处温度不 同的物体，其导热系数可以取固体两侧面温度下λ值求得算 术平均值，或取两侧面温度的算术平均值下的λ值。 式（5-2）表明导热速率与传热推动力成正比，与热阻
成反比；导热距离越大，传热面积和导热系数越小，热阻
传 热
（3）热辐射 热辐射既不依靠流体质点的移动，又不依靠分子之间 的碰撞，而是借助各种不同波长的电磁波来传递能量的。 热辐射的特点是不仅产生能量的转移，而且还伴随着能量 形式的转换。当两个物体以热辐射的方式进行热能传递时， 放热物体的热能先转化为辐射能，并以电磁波的形式向周 围空间发射，当遇到另一物体时，电磁波的辐射能将部分 或全部地被该物体吸收，又转变为热能。任何物体都能把 热能以电磁波的形式辐射出去，也能吸收别的物体辐射出 的电磁波而转变成热能。当物体的温度越高，则以辐射形 式传递的热量就越多。
传 热
食品生产中对传热过程的要求有以下两种情况:一种是 强化传热过程。要求设备传热性能良好，以达到挖掘传热 设备的潜力或缩小设备的尺寸；另一种是削弱传热过程， 以达到减少热损失，节约能源，维持操作稳定，改善操作 人员的劳动条件等。
传 热
5.1.2 传热的基本理论 1.传热的基本方式 热量的传递是由于物体内部或物体之间的温度不同而 引起的。根据传热机理的不同，传热的基本方式有热传导、 热对流、热辐射三种。
传 热
（1）热传导 它是内能由物体的一部分传递给另一部分或从一个物 体传递给另一个物体，同时无物质质点迁移的传热方式。 物体中温度较高的分子（或原子、自由电子等）因振动而 与相邻温度较低的分子（或原子、自由电子等）发生碰撞， 并将能量的一部分传给后者。热传导的特点是物体中的分
食品工程原理-冯骉-第五章传热
保温层厚度增加时，r0增加，R1↑，但R2↓（传热面积
机理： 自然对流——流体密度不同引起流动。
强制对流——由外力推动流体流动。
传热定律： Q=SaDt
或：
Q Dt 1
Sa
热对流的推动力：温度差Dt 热对流的热阻： R=1/Sa
三、热辐射
两个温度不同、互不接触的物体，依靠本身向外发射辐射能和
吸收外界投射到本身上的辐射能来实现热量的传递的过程。
特点：（1）不依靠任何介质；（2）任何温度下的物体均
发射辐射能，但能量大小不同。
黑体热辐射定律： 热辐射的推动力： 热辐射的阻力：
Q=s0(T14-T24)
（T14-T24）
1/s0
四、实际的传热过程
实际的传热问题往往是上述三种传热方式的组合。 以间壁式热交换器为例，参与热交换的冷热流体被一固体 壁隔开。这时，热冷流体之间的热量传递过程是： （1）热流体与所接触的固体壁面之间进行对流传热； （2）高温的固体表面向低温的固体表面的热传导； （3）固体壁面与其接触的冷流体之间的对流传热。
2
解出
t 1072 7.41104 1.49107 x
（二）多层平壁的稳定热传导
b1 b2 b3
设（1）各层均为均匀材料， l为常数；
（2）各层接触良好； （3）各层面积相同； （4）稳态传热。
由（4）Q1=Q2=Q3=Q 且 t1>t2>t3>t4
t t1
即
l1 S
b1
t1
t2
l2 S
b2
[例5-3]有一燃烧炉，炉壁由三层材料组成，最内层是耐火砖， 中间保温砖，最外层为建筑砖，已知：耐火砖b1=150mm，
l1=1.06W/(m.K)；保温砖b2=300mm，l 2=0.15W/(m.K)； 建筑砖b3=240mm，l3=0.69W/(m.K)。今测得炉膛内壁温度
食品机械原理与设计
食品机械原理与设计食品机械原理与设计食品机械是一种应用相关工程学和生物工程学的机械装备，具有严格的卫生要求，用于加工食品、饮料和药品等。
食品机械的运作过程涉及多种原理与设计，如流体力学、传热学、机械动力学等，以下将对其进行详细阐述。
1.流体力学食品机械加工食品需要进行物料输送、混合、过滤等流体传输和处理，这就涉及到了流体力学的运用。
在食品机械的设计中，流体机械是基础。
它们包括离心泵、柔性螺旋输送机、旋流器、动静止混合器、固夜滤器等。
离心泵是将流体作用于叶轮，通过离心力的作用使液体发生压力和动量的变化，从而实现输送的机械，广泛应用于果浆、糖浆、糊状食品等。
柔性螺旋输送机是利用螺旋叶片的旋转，将物料从一个地方输送到另一个地方的装置，适用于粘稠的物料。
旋流器通过旋转运动使物质发生分离，用于固水分离、分级、筛查和粉碎等。
动静止混合器能够将流体加以搅拌、混合、剪切等作用能够实现混合，常用于易分层的物料。
固液过滤器则是利用压力、真空等原理实现过滤，常用于从物料中分离固体和液体等。
2.传热学食品机械在加工食品过程中，需要进行加热、冷却等操作，传热学原理和设计就尤为重要。
在食品加热过程中，常用的加热方式包括蒸汽、电加热、火炉直接加热等。
蒸汽加热最常用的器具是蒸汽锅炉。
蒸汽炉室中的蒸汽向食品连续传递热能，将食品的温度提高，以达到杀菌、蒸煮、烘干等目的。
电加热则是利用电阻传热的方式加热食品，常用于烘干、杀菌、蒸煮等过程。
红外线加热是一种非常特殊的加热方式，其原理是利用红外辐射使物品表面瞬间受热，然后热量逐渐向内传导，适用于高温加热、烤面包等。
食品加热过程中还需要冷却，常用的方式包括自然冷却、冷水浸泡、冷风吹干、冰水淋浴等。
食品机械加热和冷却的方式要根据具体需求进行选择。
3.机械动力学食品机械的动力学问题主要是机构运动的分析与计算。
机械动力学应用于分析和研究食品机械的运动学，包括运动学分析，应力、应变、断裂等问题。
机构设计中，选择的机构应为能够实现所需要的运动而又具有较小的能量损失。
食品工业中的传热传质过程研究
食品工业中的传热传质过程研究一、前言在食品生产中，传热传质是非常重要的工艺，它直接关系到食品的品质和口感。
针对食品工业中的传热传质过程，科学家们进行了大量的研究，其中涉及到物质的传递、热量的传递等问题。
本文将从传热传质机理、传热传质模型和传热传质的影响因素三个方面来谈论食品工业中的传热传质过程。
二、传热传质机理传热传质机理是研究物质的传递、热量的传递等过程的基础。
在食品工业中，传热传质机理主要有三种，分别为对流传热传质、辐射传热传质和传导传热传质。
1. 对流传热传质在工业领域中，对流传热传质最为常见。
对流传热传质是通过流体的流动实现的，它的传递方式有两种，分别为自然对流和强制对流。
自然对流是指由于温度而产生的流体的自然流动，而强制对流则是通过机械装置的驱动使流体产生流动，从而实现传热传质。
2. 辐射传热传质辐射传热传质是指通过辐射方式实现的传递，它不需要介质物质的参与。
常见的辐射方式包括紫外线、红外线、可见光等，其中红外线是食品工业中最常用的辐射方式。
3. 传导传热传质传导传热传质是指物质直接接触的情况下热量的传递过程。
它的传递方式有两种，一种是由于温度不同而产生的热量传递，这种传递方式称为热传导；另一种方式是由于溶质浓度不同而产生的物质传递，这种传递方式称为质传导。
三、传热传质模型传热传质模型是指根据传热传质机理建立的模型，其目的是描述传递过程中的物理规律。
关于食品工业中的传热传质模型，主要有以下几种。
1. 热传导模型热传导模型是根据热传导原理建立的模型，其基本方程为：Q=kAΔT/Δx其中，Q表示热量传递率，k表示导热系数，A表示传递面积，ΔT表示温度差，Δx表示传导距离。
2. 对流传热传质模型对流传热传质模型是在考虑对流传热传质的条件下建立的模型。
其基本方程为：Q=hA(ΔT)其中，Q表示热量传递率，h表示传热系数，A表示传递面积，ΔT表示温度差。
3. 辐射传热传质模型辐射传热传质模型是基于辐射原理建立的模型，其基本方程为：Q=σεA(T1^4-T2^4)其中，Q表示热量传递率，σ表示斯特藩-玻尔兹曼常数，ε表示表面发射系数，A表示传递面积，T1和T2分别表示物体表面和环境的温度。
食品加工过程中的热传导与传热技术研究
食品加工过程中的热传导与传热技术研究食品加工是将原始食材经过一系列的处理和加工工序，使其具有更好的味道、质地和保质期。
而在这个过程中，热传导与传热技术起着关键的作用。
本文将探讨食品加工过程中的热传导原理及传热技术研究的重要性。
一、热传导原理热传导是热量从一个物体传递到另一个物体的过程。
在食品加工中，热传导负责将热量从热源传递到食材中，使其加热达到所需的温度。
热传导的主要机制有三种：导热传导、对流传热和辐射传热。
导热传导是指通过物体内部的分子振动和固有能量传递而产生的热传导。
食品加工中常用的加热方式是通过将加热源和食材直接接触，使热量通过导热传导加热食材。
导热传导在食品加工中占据主导地位，因为它能够快速、均匀地将热量传递到食材中。
对流传热是指通过流体的对流与湍流运动来实现的热传导。
在食品加工中，常采用对流传热的方式是通过加热介质，如油或水将热量传递给食材。
对流传热的优点是传热时间短，但对食材的温度控制有一定的难度。
辐射传热是指通过辐射方式将热量传递给物体的过程。
在食品加工中，辐射传热往往和导热传导结合使用。
例如，通过微波辐射加热食材时，微波能量首先与食材的表面发生相互作用，形成局部加热，然后通过导热传导使整个食材温度均匀升高。
二、热传导与食品加工的关系热传导在食品加工中的应用非常广泛，它直接影响着食材的加热效果和品质。
传热技术的研究和应用可以提高食品加工的效率和质量，降低能源消耗和生产成本。
在传统的食品加工过程中，传热技术的研究主要集中在优化传热介质的选择和加热设备的设计。
例如，在热风炉中，通过优化炉体结构和加热器的布置，使热空气均匀地流过食材，从而提高传热效果。
另外，在油炸和炒菜这类高温快速加热的过程中，传热技术的研究可用于改进食材的热传导性，提高油温的稳定性和均匀性。
随着科技的发展，新型的传热技术也逐渐应用到食品加工中。
例如，脉冲电场加热技术通过在食材中施加特定频率和强度的电场，使分子以极快的速度振动，从而实现快速加热。
食品机械化加工中的传热传质问题研究
食品机械化加工中的传热传质问题研究食品加工行业一直是人们日常生活中不可或缺的一部分，同时也是一个十分复杂的领域。
在食品加工过程中，传热传质是一个重要的问题，它关系到食品的质量和安全。
因此，研究食品机械化加工中的传热传质问题对于提高食品加工技术和保障食品质量具有重要意义。
在食品加工中，传热传质问题主要体现在两个方面，即传热和传质。
传热是指通过热传导、传热对流和传热辐射等方式，将热量从一个区域传递到另一个区域。
而传质是指物质中的组分在不同相之间以及相同相中的转移。
食品的传热传质特性受到多种因素的影响，包括物料性质、设备结构和操作条件等。
首先，物料性质对传热传质过程有着重要影响。
不同类型的食品具有不同的热传导性能和传质特性。
例如，液体食品的传热传质过程主要由对流和传质控制，而固体食品的传热传质则主要由热传导控制。
此外，食品的组成和质地也会对传热传质过程产生影响。
例如，纤维素含量高的食物会增加传热的阻力，使传热速度变慢。
其次，设备结构对传热传质过程也具有重要影响。
食品加工设备的设计与传热传质效果密切相关。
例如，在食品干燥过程中，风道的结构和布局会影响风的流动路径和速度，从而影响传热传质效果。
另外，传热过程中的可控因素还包括设备的加热方式、传热介质的选择以及传热表面的形状和材料等。
最后，操作条件对传热传质过程也起着重要作用。
操作条件包括温度、湿度、压力和流速等因素。
不同的操作条件会导致传热传质过程发生变化。
例如，在炒菜过程中，不同的温度和炒菜时间会导致热量的传递速度不同，从而影响食物的熟化程度。
为了更好地研究食品机械化加工中的传热传质问题，研究人员采用了多种方法和技术。
其中，实验方法是最常用的方法之一。
通过实验，可以获得各种操作条件下的传热传质数据，从而进一步分析和研究。
另外，数值模拟方法也得到广泛应用。
通过建立传热传质的数学模型，可以预测和优化传热传质过程。
而近年来，人工智能技术的发展使得传热传质问题的研究更加精确和高效。
食品工程中热传导性质对食品加工过程的影响研究
食品工程中热传导性质对食品加工过程的影响研究热传导是食品加工过程中一个重要的物理现象，对于食品品质和加工效率均有影响。
本文将探讨食品工程中热传导性质对食品加工过程的影响，并对其研究进行分析。
一、热传导原理热传导是指物质内部热量通过碰撞和传递的方式传导到相邻物质的过程。
在食品加工过程中，热传导性质决定了热量在食品中的传递速率。
不同食品的热传导性质不同，主要取决于食品的组成和结构。
二、热传导性质与食品加工过程1. 加热速率控制在食品加工过程中，加热速率对于产品质量具有重要影响。
热传导性质决定了食品中热量的传递速度，进而影响食品的加热速率。
例如，在烘焙过程中，控制食品的加热速率可以使得食品内部完全均匀加热，避免出现过熟或未熟的问题。
2. 加工效率提高热传导性质的研究可以帮助提高食品加工的效率。
通过了解食品的热传导性质，可以合理设计加热设备，提高传热效率，减少能源消耗。
例如，在食品罐头加工中，研究食品罐头的热传导性质可以减少加热时间，提高生产效率。
3. 传热平衡控制热传导性质的研究还有助于控制加工过程中的传热平衡。
食品加工过程中，食品内部和外部温度的传导不平衡会导致产品质量问题。
研究食品的热传导性质可以帮助调整传热过程，保持传热平衡，从而使得食品达到预期的加工效果。
4. 食品贮存和运输热传导性质的研究对于食品的贮存和运输也具有重要意义。
了解食品的热传导性质可以帮助设计包装材料，保持食品的新鲜度和品质。
同时，在食品的冷却和运输过程中，热传导性质的研究也可以减少能量的损失，提高运输效率。
三、热传导性质研究方法在热传导性质的研究中，一般采用实验和数值模拟两种方法。
实验方法主要包括传热试验和材料测试。
通过传热试验，可以测量食品的传热系数和热导率等参数。
材料测试则是通过对食品材料的组成和结构进行测试，以获得相关的物性数据。
数值模拟方法则是利用计算机模拟，通过建立数学模型和计算热传导方程，对食品的热传导性质进行模拟和预测。
食品工程原理实验报告
姓名：陈蔚婷 学号：1363115 班级：13级食安1班实验一：流体流动阻力的测定一、实验目的1．掌握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的一般实验方法。
2．测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re 的关系，验证在一般湍流区内λ与Re 的关系曲线。
3．测定流体流经管件、阀门时的局部阻力系数?。
4．学会倒U 形压差计和涡轮流量计的使用方法。
5．识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。
二、基本原理流体通过由直管、管件（如三通和弯头等）和阀门等组成的管路系统时，由于粘性剪应力和涡流应力的存在，要损失一定的机械能。
流体流经直管时所造成机械能损失称为直管阻力损失。
流体通过管件、阀门时因流体运动方向和速度大小改变所引起的机械能损失称为局部阻力损失。
1．直管阻力摩擦系数λ的测定流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为： 2221u d l p p p w ff λρρ=-=∆= （1） 即，22lu p d f ρλ∆=（2）式中： λ —直管阻力摩擦系数，无因次；d —直管内径，m ； f p ∆—流体流经l 米直管的压力降，Pa ；f w —单位质量流体流经l 米直管的机械能损失，J/kg ；ρ —流体密度，kg/m 3；l —直管长度，m ；u —流体在管内流动的平均流速，m/s 。
滞流(层流)时，Re64=λ （3） μρdu =Re （4） 式中：Re —雷诺准数，无因次；μ —流体粘度，kg/(m·s)。
湍流时λ是雷诺准数Re 和相对粗糙度（ε/d ）的函数，须由实验确定。
由式（2）可知，欲测定λ，需确定l 、d ，测定f p ∆、u 、ρ、μ等参数。
l 、d 为装置参数（装置参数表格中给出）， ρ、μ通过测定流体温度，再查有关手册而得， u 通过测定流体流量，再由管径计算得到。
2．局部阻力系数? 的测定局部阻力损失通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。
(1) 当量长度法流体流过某管件或阀门时造成的机械能损失看作与某一长度为e l 的同直径的管道所产生的机械能损失相当，此折合的管道长度称为当量长度，用符号e l 表示。
食品工程原理实验原理、装置和步骤
【实验步骤】 2）层流流动型态
试验时，先少许开启调节阀，将流速调至所需要的 值。再调节红墨水贮瓶的下口旋塞，并作精细调节，使 红墨水的注入流速与试验导管中主体流体的流速相适应， 一般略低于主体流体的流速为宜。待流动稳定后．记录 主体流体的流量。此时，在试验导管的轴线上，就可观 察到一条平直的红色细流，好像一根拉直的红线一样。
课程简介：
食品工程原理实验课是“食品科学与工 程”专业基础课《食品工程原理》课程的实 践教学环节，课程面向“食品科学与工程” 专业的本科教学，由食品科技学院食品工程 3室承担课程的教学任务。本实验课程共10 个学时，开设7个实验，包括5个必做项目和 2个选做项目，涉及流体输送、传热、传质 等。
目录
当流体处于静止状态时
gZ1p1 gZ2p2
J kg1
即为流体静力学方程式。
本实验即通过测量流体静止或流动时的能量变 化验证柏努利方程式和流体的静力学方程式。
【实验装置】
本实验装置示意图如下页所示，主要由试验导管、 稳压溢流水槽和三对测压管所组成。
试验导管为一水平装置的变径圆管，沿程分三处设 置测压管。每处测压管由一对并列的测压管组成，分别 测量该截面处的静压头和冲压头。
pf
p1 p2
l u2
d2
2dp f
lu 2
【实验原理】
2）局部阻力系数 的测定 局部阻力损失通常有两种表示方法，即当量长度法和 阻力系数法。本实验采用阻力系数法表示管件或阀门的局 部阻力损失。
hf
pf
g
u2
2
2 p f gu 2
食品工程原理传热
精选课件
17
二、热导率
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。
精选课件
18
三、通过平壁的稳态导热
表示对流传热系 数的特征数
确定流动状态的 特征数
表示物性影响的 特征数
表示自然对流影 响的特征数
39
特征数方程是一种经验公式，在利用关联 式求对流传热系数时，不能超出实验条件范 围。
在应用时应注意以下几点：
1、定性温度：确定流体物理参数的温度
2、定性尺寸：通常是选取起主要影响的尺
寸作为特征尺寸。
3、应用范围
按温度差分配计算t2、t3
t2t1q b 1 11 05.2 70 0..7 10 2 9.1℃ t3q b3 3t45.2 70 0..7 1 0 2(5)4.1℃
精选课件
25
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
壁 温 度 为 t1， 外 半 径 为 r2， 外壁温度为t2。
dr
dr
将上式分离变量积分并整理得
Qφ
2L
t1 t2 ln r2
r1
令Am=2∏rmL，则圆筒壁热流量可表示为
Q φ Am (t1t2)Am (t1t2)
b
r2r1
精选课件
27
2、多层圆筒壁的稳定热传导
• 以三层圆筒壁为例。
• 假定各层壁内外半径由内 至外依次为r1、r2、r3、r4；
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江苏大学实验报告
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做报告日期年月日
交报告日期年月日
教师评定
实验：五传热试验
一、实验目的
1、了解换热器的结构及用途。
2、学习换热器的操作方法。
3、了解传热系数的测定方法。
4、测定所给换热器的换热系数。
5、学习应用传热学的概念和原理去分析和强化传热过程，并实验之。
二、实验原理
根据传热方程Q=KAΔt m，只要测得传热速率Q、有关各温度和传热面积，即可算出传热系数K。
在该实验中，利用加热空气和自来水通过列管式换热器来测定K，只要测出空气的进出口温度、自来水进出温度及水和空气的流量即可。
在工作过程中，如不考虑热量损失，则加加热空气放出的热量Q1与自来水得到的热量Q2应相等，但实际上因热损失的存在，此两热量不等，以实验Q2为准。
三、实验流程及设备
本实验装置由列管换热器、风机、
空气电加热器、管路、转子流量计、温
度计等组成。
空气走管程，水走壳程。
列管式换热器的传热面积由管径、管数和管长进行计算。
传热系数K测定实验流程图
四、实验步骤及操做要领
1、熟悉设备流程，掌握各阀门、转子流量计和温度计的作用。
2、在实验开始时，先开水路，再开气路，最后再开加热器。
3、控制所需的气体和水的流量。
4、待系统稳定后
．．．．．．，记录水的流量、进出口温度,记录空气的流量和进出口温度，记录设备的有关参数。
重复1次。
5、保持空气流量不变，改变自来水的流量，重复第4步。
6、保持第4步的流量，改变空气的流量，重复第4步。
7、实验结束后，关闭加热器，风机和自来水阀门。
五、实验数据记录和处理
1实验数据记录表
3．数据处理表
以序号1为例写出计算过程：
空气流量=16÷3600=0.004 m3/s
水流量=120÷3600=0.033kg/s
水的算数平均温度=（23.0+26.1）2=24.550℃
水的比热4810J/kg
传热速率=
Q=W水×C×Δt=0.0334180（26.1－23.0）=497.033J/s
1
对数平均温差
换热面积S=0.4m2
=36.130W/m2K
传热系数K=
K的平均值== =36.145W/m2K
六、实验结果及讨论
1.求出换热器在不同操作条件下的传热系数。
答：如上
2.对比不同操作条件下的传热系数，分析数值，你可得出什么结论？
答：总热阻K主要决定于最大热阻，欲提高K值，关键在于提高对流传热系数较小一侧的α，若两者相差不大时，则必须同时提高两侧的α，才能提高K值。
3.转子流量计在使用时应注意什么问题？如何校正读数？
答：应该注意气体压力与温度。
因气体在温度与压力变化的时候，转子测的流量其实是不准确。
对，下标1为出厂标定液体，下标2为实际液体；
对于气体：，转子材料密度（ρf＞＞ρg），下标1为出厂标定气体，下标2为实际气体。
4.针对该系统，如何强化传热过程才更有效，为什么？
答：提高对流传热系数值α，如提高空气流速，内管加入填充物或采用螺纹管。
加热面在上，制冷面在下。
5.逆流换热和并流换热有什么区别？你能用该实验装置加以验证吗？
答：（1）逆流推动力t m大，载热体用量少。
热敏物料加热，控制壁温以免过高。
（2）相同水流量条件下，在获得相同Q时，逆流操作的时间较并流所需的时间要少。
6.传热过程中，哪些工程因素可以调动？
答：（1）增大传热面积S。
（2）提高传热系数α。
（比如流体与固体之间对流换热的话，可以提高对流换热系数，比如固体表面粗糙化、采用强制对流冲刷表面、横向冲刷管路、改变管束排列方式等；增大角系数，即尽量使两表面靠近且正对。
（3）提高温差Δt m，增加换热物体间的温度差。
7.该实验的稳定性受哪些因素的影响？
答：（1）空气和蒸汽的流向。
（2）冷凝水不及时排走。
（3）蒸汽冷凝过程中，存在不冷凝气体，对传热的影响。
8.你能否对此实验装置做些改进，使之能够用于空气一侧对流传热系数的测定？
答：使空气走壳程，水走管程，根据流体在管外的强制对流公式，可求出空气一侧的对流传热系数α值。