食品工程原理 传热

dQ dA t 或 Q A t
n
n
式中 Q——传热速率，单位时间传导的热量，w A ——导热面积，即垂直于热流方向的表面积，m2 λ ——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。
2、热通量
•对一维稳态热传导
dQdAdt QAdt
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第一节 概述
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
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传热在食品工程中的应用
Ø 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(通过加热使食品完成一定的生化反应)。
绝热材料 ＜0.25
➢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。
Ø 对于金属 固体t ↑ 、λ↓ (通过自由电子的运动) 对于非金属 固体t ↑、 λ↑ (通过靠晶格结构的振动) 对于金属液体 t ↑、 λ↓ (通过靠晶格结构的振动) 对于非金属液体t ↑、λ略减小。 对于气体 t ↑、 λ↑ (通过分子不规则热运动)
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：通过某传热表面的传热速率为常量
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)
2、等温面
Ø等温面：温度场中同一时刻相同温度各点组
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（℃或K）； x, y, z —— 空间坐标； τ—— 时间（S）。
温 Ø不稳定温度场：温度场内各点温度随时间而改变。
度
相应的传热称为非定态热传导。
场 Ø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
Ø 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：
Ø 热传导(conduction)； Ø 热对流(convection)； Ø 热辐射(radiation)。
dn
dn
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：
q dQ t q:热通量(热流密度)，W/m2 dA n
3、温度梯度和傅立叶定律
t+△t
t
∂t/∂n
n dA
t-△t Q
图 温度梯度和傅立叶定律
4、导热系数



dQ dA t
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
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（一）热传导的基本概念
Ø温度场 Ø等温面 Ø温度梯度
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1、温度场
Ø 温度场(temperature field)：某一瞬间空间中各点
的温度分布，称为温度场(temperature field)。
温度梯度是一个向量：
t-t
方向垂直于该点所在等温面；
t
t+t
Q
以温度增加的方向为正。
一维定态热传导 dt/dx
dA n
（二）傅立叶定律
Ø公式 Ø热通量 Ø温度梯度与傅里叶定律 Ø导热系数
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1、公 式
傅立叶定律是热传导的基本定律，它指出：单位时间内传导 的热量与温度梯度及垂直于热流方向的截面积成正比，即
成的面。
等温面的特点： （1）等温面不能相交； （2）沿等温面无热量传递。
等温面
t1 t2
Q
t1>t2 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)
Δx
3、温度梯度
grta d lni m 0 n t n t

q t
n n
单位：W/(m •K)
Ø 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。
Ø 一般金属（固体）的导热系数>非金属（固体）>液体>气体
物质种类
λ， w/(m·k)
表2-1 物质导热系数的数量级
气体
液体
非Leabharlann Baidu固体
金属
0.006～0.6 0.07～0.7 0.2～0.3 15～240
注意：热对流和对流传热是两个不同的概念。
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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。
Ø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）。
Ø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。
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。
发生在
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
电热炉烧水 7
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。 两种方式： Ø强制对流： 因泵（或风机）或搅拌等外力所导致的对流。 Ø自然对流：由于流体各处的温度不同而引起的密度差异，
第二章 传 热
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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
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重点难点
p了解热传导、热对流和热辐射的基本概念； p掌握导热、对流换热的基本规律及计算方法； p熟悉各种热交换设备的结构和特点； p掌握稳定综合传热过程的计算； p了解并掌握强化传热和热绝缘的措施。
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。在同一流体中
有可能同时发生自然对流和强制对流。
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热对流与对流传热
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。
对流传热 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)。