《食品工程原理》课程教学课件讲稿（B）第二章 传热

传热第二章掌握热传导、对流和辐射的基本概念，以及热量口衡算与传热速率方程的应用：掌握稳定传热过程的计算：熟悉各种热交换设备的结构和特点：了解强化传热和热绝缘的措施

‡ 掌握热传导、对流和辐射的基本概念，以及热量 衡算与传热速率方程的应用； ‡ 掌握稳定传热过程的计算； ‡ 熟悉各种热交换设备的结构和特点； ‡ 了解强化传热和热绝缘的措施。 第二章 传热

概述传热是指由于温度差引起的能量转移，又称热传递。热力学不研究引起传热的机理和传热的快慢，它仅研究物质的平衡状态，确定系统由一个平衡状态变到另一个平衡状态所需要的总能量；传热学研究能量的传递速率，因此可以认为传热学是热力学的扩展。热力学（能量守恒定律）和传热学（传热速率方程）两者的结合，才能解决传热问题

概 述 • 传热是指由于温度差引起的能量转移，又称热传 递。 • 热力学不研究引起传热的机理和传热的快慢，它 仅研究物质的平衡状态，确定系统由一个平衡状 态变到另一个平衡状态所需要的总能量； • 传热学研究能量的传递速率，因此可以认为传热 学是热力学的扩展。 • 热力学（能量守恒定律）和传热学（传热速率方 程）两者的结合，才能解决传热问题

概述传热与一定的食品加工目的相结合，就产生下例各种单元操作：1、食品加工生产线上属于一般必要的加热、冷却、冷凝的过程。2、加热和冷却的目的在于杀菌和保藏；3、加热的目的是排除食品水分从而获得浓缩食品和干制食品，或者利用加热和冷却方法以制造晶体食品。4、加热的目的是使食品完成一定的生物化学变化，例如：蒸煮、焙烤等

概 述 • 传热与一定的食品加工目的相结合，就产生下例 各种单元操作： 1、食品加工生产线上属于一般必要的加热、冷却、冷凝 的过程。 2、加热和冷却的目的在于杀菌和保藏； 3、加热的目的是排除食品水分从而获得浓缩食品和干制 食品，或者利用加热和冷却方法以制造晶体食品。 4、加热的目的是使食品完成一定的生物化学变化，例 如：蒸煮、焙烤等

概述定态传热(Steady-stateheattransfer）：传热速率（单位时间传递的热量）在任何时刻都为常数，并且系统中各点的温度仅随位置变化而与时间无关：非定态传热(unsteady-stateconditions)：系统中各点的温度即随位置变化又与时间有关。·本章讨论的是定态传热

概 述 • 定态传热(Steady-state heat transfer)：传 热速率（单位时间传递的热量）在任何时 刻都为常数，并且系统中各点的温度仅随 位置变化而与时间无关； • 非定态传热 (unsteady-state conditions)：系统中各点的温度即随位置 变化又与时间有关。 • 本章讨论的是定态传热

1传热的基本概念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）

1.1 1.1 传热的基本方式 传热的基本方式 ¾热传导(conduction); ¾对流(convection); ¾辐射(radiation)。 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： 1 传热的基本概念

（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：没有物质的宏观位移气体分子做不规则热运动时相互碰撞的结果固体导电体：自由电子在晶格间的运动福非导电体：通过晶格结构的振动来实现的液体机理复杂

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：没有物质的宏观位移 （1）热传导（又称导热） 气体 分子做不规则热运动时相互碰撞的结果 固体 导电体：自由电子在晶格间的运动 非导电体：通过晶格结构的振动来实现的 液体 机理复杂

(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，分为自然对流和强制对流。（通常把流体与壁面之间的传热通称为对流传热）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

¾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。 热对流的两种方式： 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。 ¾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。 （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,分为自然对流和强制对流。 （通常把流体与壁面之间的 传热通称为对流传热）

（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。 ¾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。 ¾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

1.2温度场和温度梯度1.2.1温度场物体和系统内的各点间的温度差是热传导的必要条件温度场(temperaturefield)：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, t)式中：t——温度;空间坐标；x,y,z时间。T

¾ 物体和系统内的各点间的温度差是热传导的必要条件。 ¾ 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。 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) 1.2 温度场和温度梯度 1.2.1温度场

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)>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。等温面不同温度的等温面不相交等温面的特点：（1）等温面不能相交：Qt,>t2（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) 等温面的特点： （1）等温面不能相交； （2）沿等温面无热量传递。 不同温度的等温面不相交 ¾不稳定温度场：温度场内如果各点温度随时间而改变。 ¾稳定温度场：若温度不随时间而改变。 ¾等温面：温度场中同一时刻相同温度各点组成的面。 t1 t2 t1>t2 等温面 Q