华中农业大学：《食品工程原理》课程教学资源（PPT课件）第四章 传热

第四章传热 本章重点和难点 口掌握导热、对流换热的基本规律及计算方法; 口熟悉各种热交换设备的结构和特点 口掌握稳定综合传热过程的计算; 口了解强化传热和热绝缘的措施

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。 本章重点和难点 第四章 传热

第一节概述 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。 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、传热在食品工程中的应用 二、传热的基本方式 ➢热传导(conduction); ➢对流(convection); ➢辐射(radiation)。 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。 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： 第一节 概述

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 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

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。 1.热传导（又称导热） 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: 因泵(或风机)或搅拌等外力所导致的对流称为强制对流。 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。在同一流体中 有可能同时发生自然对流和强制对流

➢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。 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。 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

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。 >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。 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

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。 ➢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。 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

第二节热传导 傅立叶定律 1温度场和温度梯度 >温度场( temperature fiela):某一瞬间空间中各点的温度 分布,称为温度场( temperature field) 物体的温度分布是空间坐标和时间的函数,即 t=f(x, y, z, I) (4-1) 式中:t温度 x, y, Z 空间坐标 时间

➢ 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)。 式中：t—— 温度； x, y, z —— 空间坐标； τ—— 时间。 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) (4-1) 第二节 热传导 一、 傅立叶定律 1 温度场和温度梯度

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, t) (4-1a) 不稳定温度场:温度场内如果各点温度随时间而改变。 稳定温度场:若温度不随时间而改变 >等温面:温度场中同一时刻相同温度各点组成的面 等温面的特点: 1)等温面不能相交 (2)沿等温面无热量传递

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) (4-1a) 等温面的特点： （1）等温面不能相交； （2）沿等温面无热量传递。 ➢不稳定温度场：温度场内如果各点温度随时间而改变。 ➢稳定温度场：若温度不随时间而改变。 ➢等温面：温度场中同一时刻相同温度各点组成的面

注意:沿等温面将无热量传递,而沿和等温面相交的任何 方向,因温度发生变化则有热量的传递。温度随距离的变化程 度以沿与等温面的垂直方向为最大。 对于一维温度场,等温面x及(x+x)的温度分别为x,)及 t(x+Ax,),则两等温面之间的平均温度变化率为: t(x+△x2z)-t(x,z) △ 温度梯度: grade= lim I(x+△x,z)-1(x,) Ax→>0 △ x 温度梯度是向量,其方向垂直于等温面,并以温度增加的方 向为正

注意：沿等温面将无热量传递，而沿和等温面相交的任何 方向，因温度发生变化则有热量的传递。温度随距离的变化程 度以沿与等温面的垂直方向为最大。 x t x x t x  ( +  , ) − ( , ) x t x t x x t x gradt x   =  +  − =  → ( , ) ( , ) lim 0   对于一维温度场，等温面x及(x+Δx)的温度分别为t(x,τ)及 t(x+Δx,τ)，则两等温面之间的平均温度变化率为： 温度梯度: 温度梯度是向量，其方向垂直于等温面，并以温度增加的方 向为正

2傅立叶定律 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 at d=-2a4 式中Q单位时间传导的热量,简称传热速率,w A导热面积,即垂直于热流方向的表面积,m2 1导热系数( thermal conductivit),w/m,k 式中的负号指热流方向和温度梯度方向相反。 导热系数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

x t dQ dA   = − 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 导热系数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。 式中 Q——单位时间传导的热量，简称传热速率，w A——导热面积，即垂直于热流方向的表面积，m2 λ——导热系数(thermal conductivity)，w/m.k。 式中的负号指热流方向和温度梯度方向相反。 2 傅立叶定律

t+△t t-△t at/an n Q ds 图温度梯度和傅立叶定律

n dS Q t+△t t t-△t ∂t/∂n 图 温度梯度和傅立叶定律