《食品工程原理》课程PPT教学课件（A）第2章 传热

第2章传热传热的基本概念12热传导SUPERCOURSE CHINA

第2章 传热 1 传热的基本概念 2 热传导

1传热的基本概念传热是由于温度差而引起的能量转移，文称热量传递。热量总是自动地由高温区传递到低温区。SUPERCOURSE,CHINA

1 传热的基本概念 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

1.1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。SUPERCOURSECHINA

(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。 1.1 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

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gradT:aTgradTOn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/dxSUPERCOURSECHINA

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。 n T gradT   =  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/dx 1．2 温度场与温度梯度 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：

1.3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）；注在稳定传热过程中，通过各个传热面的热量均相意等（为一常数）。此为稳定传热的基本特点。e热通量（热流密度）q：单位时间通过单位传热面的热量，W/m2。传热速率与热通量的关系为q = dQ/ dSSUPERCOURSE CHINA

传热速率（热流量）Q：单位时间通过传热面的热量，W（J/s）； q = dQ / dS 热通量（热流密度）q：单位时间通过单位传热面的热量，W/m2。 1．3 传热速率与热通量 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。 传热速率与热通量的关系为：

载热体1.4用于传送热量的介质称为载热体。加热剂：起加热作用的载热体。工业上常用的加热剂有以下几种：(1)饱和水蒸气；(2)烟道气；(3)热水；(4)电加热。冷却剂：起冷却作用的载热体。常用的冷却剂有以下几种：(1)水和空气；(2)载冷剂与制冷剂。SUPERCOURSECHINA

冷却剂：起冷却作用的载热体。 常用的冷却剂有以下几种： (1)水和空气； ⑵载冷剂与制冷剂 。 1．4 载热体 用于传送热量的介质称为载热体。 加热剂：起加热作用的载热体。 工业上常用的加热剂有以下几种： (1)饱和水蒸气；(2)烟道气；(3)热水；(4)电加热

1.5换热器实现冷、热介质热量交换的设备称为换热器。食品生产中最常用的是间壁式换热器。间壁式换热器就是冷、热流体不能直接接触，但可通过壁面传热。最典型的换热器是套管换热器。4Te2热流体>ThTh2口间壁Th 一热流体上T冷流体冷流体TTSUPERCOURSE CHINA

实现冷、热介质热量交换的设备称为换热器。 食品生产中最常用的是间壁式换热器。间壁式换热器就是冷、热 流体不能直接接触，但可通过壁面传热。 最典型的换热器是套管换热器。 1．5 换热器

2热传导2.1傅立叶导热定律与热导率傅立叶（导热）定律：aTq=-aOn式中：g-热流密度，W/m2;Λ-热导率（导热系数），W/（m·K）。热导率表征物质导热能力的大小，它反映了导热的快慢，1越大表示导热越快。1是物质的物性之一，其数值与物质的组成、结构、温度等有关。一般，^金属>^非金属固体>液体>气体一些食品的热导率见表2-1和表2-2SUPERCOURSECHINA

傅立叶（导热）定律： n T q   = − 热导率表征物质导热能力的大小，它反映了导热的快慢， λ越大表示导热越快。 λ是物质的物性之一，其数值与物质的组成、结构、温 度等有关。 一般，λ金属>λ非金属固体>λ液体>λ气体 2 热传导 2．1 傅立叶导热定律与热导率 式中：q-热流密度，W/m2； λ-热导率（导热系数），W/(m·K)。 一些食品的热导率见表2-1和表2-2

(1)固体的热导率对大多数的固体物质，其热导率在一定的温度范围内与温度成线性关系：a=k.+kr式中：^为固体在温度T时的热导率;k。，k为经验常数。一般，金属材料，k0。即T，^金属，Λ非金属。(2)液体和气体的热导率一般，，g。（水和甘油除外）SUPERCOURSE CHINA

(2)液体和气体的热导率 一般T↑， ↓，λg↑。 （水和甘油除外） (1)固体的热导率 对大多数的固体物质，其热导率在一定的温度范 围内 与温度成线性关系： 式中：λ为固体在温度T时的热导率； ,k为经验常数。 k kT = +0  一般，金属材料，k0。 即 T↑，λ金属↓，λ非金属↑。 k 0 l

2.2通过单层壁的稳定热传导2.2.1单层平壁的稳定热传导1温度仅沿x方向变化，导热为一维热传导。由傅立叶定律可写出：q=-α dT/dx若材料的热导率为常量，积分上式可得：q=α （T,-T,） /bATT -T2或qbRa66Q=asI-式中，R=b/α，导热热阻，或bm2.℃/W。工程计算中，热导率可取两壁面温度下入值的算术平均值，或取两壁面温度之算术平均值下的入值。温度分布：当入为常量时，由于q=α（T1-T2）/b=α（T1-T）/x故平壁内任一等温面的温度为T=T1-(T1-T2)x/b。显然，入为常量时，单层平壁内的温度分布为直线。SUPERCOURSE CHINA

R T b T T q  = − =  1 2 b T T Q S 1 − 2 =  2.2.1 单层平壁的稳定热传导 温度仅沿x方向变化，导热为一维热传导。 由傅立叶定律可写出： q=－λdT/dx 若材料的热导率为常量，积分上式可得： q=λ（T1 -T2）/b 或 工程计算中，热导率可取两壁面温度下λ值的算术平均值， 或取两壁面温度之算术平均值下的λ值。 2.2 通过单层壁的稳定热传导 或 温度分布： 当λ为常量时，由于q=λ（T1-T2）/b=λ（T1-T）/x 故平壁内任一等温面的温度为T=T1-(T1-T2)x/b。 显然，λ为常量时，单层平壁内的温度分布为直线。 式中，R=b/λ，导热热阻， m2•℃/W