第四章 食品传热学基础
传热学知识整理1-4章
绪论一、概念1. 传热学: 研究热量传递规律的科学。
2. 热量传递的基本方式: 热传导、热对流、热辐射。
3. 热传导(导热): 物体的各部分之间不发生相对位移、依靠微观粒子的热运动产生的热量传递现象。
（纯粹的导热只能发生在不透明的固体之中。
）4. 热流密度：通过单位面积的热流量(W／m2)。
5．热对流: 由于流体各部分之间发生相对位移而产生的热量传递现象。
热对流只发生在流体之中, 并伴随有导热现象。
6. 自然对流: 由于流体密度差引起的相对运功c7. 强制对流: 出于机械作用或其他压差作用引起的相对运动。
8. 对流换热：流体流过固体壁面时, 由于对流和导热的联合作用, 使流体与固体壁面间产生热量传递的过程。
9. 辐射: 物体通过电磁波传播能量的方式。
10．热辐射: 由于热的原因, 物体的内能转变成电磁波的能量而进行的辐射过程。
11. 辐射换热：不直接接触的物体之间, 出于各自辐射与吸收的综合结果所产生的热量传递现象。
12. 传热过程；热流体通过固体壁而将热量传给另一侧冷流体的过程。
13．传热系数: 表征传热过程强烈程度的标尺, 数值上等于冷热流体温差1时所产生的热流密度。
14. 单位面积上的传热热阻：单位面积上的导热热阻: 。
单位面积上的对流换热热阻:对比串联热阻大小就可以找到强化传热的主要环节。
15. 导热系数是表征材料导热性能优劣的系数, 是一种物性参数, 不同材料的导热系数的数值不同, 即使是同一种材料, 其值还与温度等参数有关。
对于各向异性的材料, 还与方向有关。
常温下部分物质导热系数: 银: 427；纯铜: 398；纯铝: 236；普通钢: 30-50；水: 0.599；空气: 0.0259；保温材料: <0.14；水垢: 1-3；烟垢: 0.1-0.3。
16. 表面换热系数不是物性参数, 它与流体物性参数、流动状态、换热表面的形状、大小和布置等因素都有关。
17. 稳态传热过程（定常过程）：物体中各点温度不随时间而变。
食品工程原理 4.传热
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.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。
式中i为n层平壁的壁层序号。
【例4-1】某冷库外壁内、外层砖壁厚均为12cm，中间夹层厚10cm，填 以绝缘材料。砖墙的热导率为0.70w/(m·k)，绝缘材料的热导率为0.04w/(m·k) ，墙外表面温度为10℃ ，内表面为-5℃ ，试计算进入冷库的热流密度及绝 缘材料与砖墙的两接触面上的温度。
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。
2. 无相变化的强制对流传热过程的机理
热流体
传热方向
T
冷流体
温度 Tw tw
t
传热壁面
距离
湍流主体
传热壁面
湍流主体
层流 底层
层流 底层
图4-6 对流传热的温度分布
二、对流传热速率
牛顿冷却定律——实验表明，对流传热速率与传热面积成正
比，与壁面温度和流体各点平均温度之差成正比，此即牛顿
冷却定律。
Q= αS（T-Tw）
传热学基本知识总结
传热学基本知识总结传热学是研究热能在物质中传递的科学，是物体内部的热平衡和热不平衡的原因和规律的研究。
传热学的基本知识涵盖了传热的基本概念、传热方式、传热导率与传热过程的数学描述等内容。
以下是对传热学基本知识的总结。
一、传热的基本概念1.温度：物体内部分子运动的程度的度量。
温度高低决定了热能的传递方向。
2.热量：物体之间由于温度差异而传递的能量。
热量沿温度梯度从高温区向低温区传递。
3.热平衡：物体内部各点的温度相等，不存在热量传递的状态。
4.热不平衡：物体内部存在温度差异，热量从高温区传递到低温区。
二、传热方式1.热传导：固体内部的分子传递热量的方式，通过分子的碰撞传递热量。
2.对流传热：液体或气体中，由于温度差异而产生的流动传递热量的方式。
3.辐射传热：热能通过电磁波的传播传递热量的方式，无需介质参与。
三、热导率热导率是物体传导热量的能力，用导热系数λ来衡量。
热导率取决于物质本身的性质，与物质的材料、温度有关。
热导率越大，物体传热能力越强。
四、传热数学描述1.热量传递方程：描述物体内部传热过程的数学方程，根据物体内部各点之间的温度差和传热方式的不同可以分为热传导方程、热对流方程和热辐射方程。
2.热导率公式：用来计算物体传热量的数学公式，通常与热导率、温度差、传热面积等物理量相关。
五、传热实例1.热传导：例如铁棒的两端被加热，热量通过铁棒内部分子的传递向另一端传递。
2.对流传热：例如空气中的对流传热，空气受热后变热上升，形成了对流传热。
3.辐射传热：太阳的辐射热量通过空间传递到地球表面，为地球提供能量。
在工程中，传热学常常运用于热工系统的设计和优化。
工程师可以通过对传热方式的研究和对材料热导率的了解，提高传热效率，减少能量损耗。
例如，在电子设备的设计中，通过优化散热结构和选择高热导率的材料，可以有效降低设备的温度，提高设备的工作效率和寿命。
传热学也广泛应用于暖通空调系统、汽车引擎、核反应堆等领域。
食品工程原理重点总结
1、传热的基本方式热传导：物体各部分之间不发生相对位移对流：流体各部分之间发生相对位移，热对流仅发生在流体中自然对流：流体各处的温度不同而引起强制对流：外力所导致的对流，在同一流体中有也许同时发生自然对流和强制对流。
辐射：因热的因素而产生的电磁波在空间的传递，称为热辐射。
不需要任何介质。
绝对零度以上都能发射辐射能2、稳态传热：传热系统中，温度分布不随时间而改变。
3、热流量（热流率）：传过一个传热面的热量Q与传热时间之比。
定义式：热流密度（热通量）：热流量与传热面积A之比。
4、热互换：两个温度不同的物体由于传热，进行热量的互换，称为热互换，简称换热a.无相变，b.相变，5、温度场：某一瞬间空间中各点的温度分布，称为温度场6、一维温度场：若温度场中温度只沿着一个坐标方向变化。
7、稳定温度场：若温度不随时间而改变。
8、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。
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。
温度梯度是向量，其方向垂直于等温面，并以温度增长的方向为正。
9、傅立叶定律：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一10、金属的导热率最大，固体非金属次之，液体较小，气体最小。
物质的热导率均随温度变化而变化11、圆筒壁与平壁不同点是其等温面随半径而变化。
圆筒的长度为L，则半径为r处的传热面积为A=2πrL。
12、对于圆筒壁的稳定热传导，通过各层的热传导的热流量都是相同的，但是热通量(热流密度)却不相等。
13、热量的传递重要研究冷热流体通过管路器壁传递的过程。
14、不同区域的传热特性：1. 湍流主体对流传热温度分布均匀2. 层流底层热传导温度梯度大3. 壁面热传导有温度梯度传热的热阻即重要集中在层流层中。
15、α代替λ/δtα反映对流传热的快慢，其越大，表达对流传热速率越快。
食品工程原理重点知识讲解
食品工程原理复习第一章 流体力学基础1.单元操作与三传理论的概念及关系。
不同食品的生产过程应用各种物理加工过程，根据他们的操作原理，可以归结为数个应用广泛的基本操作过程，如流体输送、搅拌、沉降、过滤、热交换、制冷、蒸发、结晶、吸收、蒸馏、粉碎、乳化萃取、吸附、干燥 等。
这些基本的物理过程称为 单元操作 动量传递：流体流动时，其内部发生动量传递，故流体流动过程也称为动量传递过程。
凡是遵循流体流动基本规律的单元操作，均可用动量传递的理论去研究。
热量传递 : 物体被加热或冷却的过程也称为物体的传热过程。
凡是遵循传热基本规律的单元操作，均可用热量传递的理论去研究。
质量传递 : 两相间物质的传递过程即为质量传递。
凡是遵循传质基本规律的单元操作，均可用质量传递的理论去研究。
单元操作与三传的关系“三传理论”是单元操作的理论基础，单元操作是“三传理论”的具体应用。
同时，“三传理论”和单元操作也是食品工程技术的理论和实践基础2.粘度的概念及牛顿内摩擦(粘性)定律。
牛顿黏性定律的数学表达式是y u d d μτ±= ，服从此定律的流体称为牛顿流体。
μ比例系数，其值随流体的不同而异，流体的黏性愈大，其值愈大。
所以称为粘滞系数或动力粘度，简称为粘度3.理想流体的概念及意义。
理想流体的粘度为零，不存在内摩擦力。
理想流体的假设，为工程研究带来方便。
4.热力体系：指某一由周围边界所限定的空间内的所有物质。
边界可以是真实的，也可以是虚拟的。
边界所限定空间的外部称为外界。
5.稳定流动：各截面上流体的有关参数（如流速、物性、压强）仅随位置而变化，不随时间而变。
6．流体在两截面间的管道内流动时, 其流动方向是从总能量大的截面流向总能量小的截面。
7.1kg理想流体在管道内作稳定流动而又没有外功加入时，其柏努利方程式的物理意义是其总机械能守恒，不同形式的机械能可以相互转换。
8. 实际流体与理想流体的主要区别在于实际流体具有黏性，实际流体柏努利方程与理想流体柏努利方程的主要区别在于实际流体柏努利方程中有阻力损失项。
食品工程原理 传热复习提要
Ch 4 传热知识点：1、热传导 平垫∑Δ=A tQ i iλδ 圆筒垫∑Δ=mi i iA t Q λδ 第i 层的对数平均传热面积mi A 2、热负荷无相变时)()(2112T T C m t t C m Q pb h pc c −=−=无相变，有相变时mr3、传热速率m t kA Q Δ= 夹套式换热器 oso m o i o si i o i R A A b A A R A A k αλα111++⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛++⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛= 为基准 o A 0A A = ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=Δ一测恒温常数恒温差并流逆流)C(t -T m t 4、给热系数)(o i αα的计算充分湍流 410>a R n r e u p R N 8.0023.0=⎩⎨⎧3.04.0冷却加热n 8.0u ∝α重点注意：1）流速、管径、管程数、列管根数、物性（如粘度、导热系数）改变对传热的影响。
☼Pr 受物性影响2）解题要充分利用变化前后，稳定传热速率方程，热负荷方程之比找关系3）非稳态传热，华化P265几种特殊情况：a.一侧恒温过程（如饱和蒸汽冷凝，饱和液体沸腾），∆t m 计算一般可通过合分比定律消元求解，无需试差。
b.对22121≤ΔΔ≤t t 的情况，可用算术平均温度差代替对数平均温度差表示传热推动力，则计算无需试差。
c.满足W c c pc =W h c ph 的逆流无相变过程，有t 2-t 1=T 1-T 2，过程为恒推动力，不必要进行平均，即∆t m =T 1-t 2=T 2-t 1。
d.熟练掌握合分比定律在传热计算中的应用。
☆基本概念：三种基本传热规律特点及定义不同材料的λ随温度的变化特点解释为何加热时为0.4，冷却时为0.3，华化P222nr P 沸腾给热时α和温差关系，分成区域，工业上什么区域。
t Δ膜状冷凝，滴状冷凝的定义不凝性气体的影响强化传热的措施流体在换热器内流道的选择 辐射热⎪⎩⎪⎨⎧===−+===⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎟⎠⎞⎜⎝⎛−⎟⎠⎞⎜⎝⎛=−−o C T T C A Q 12-111111o 2-1111424121121C 1,,A A 121C C 1,,A A 10010021εϕϕϕεε包住很大物体极大平行面大 克希霍夫定律 斯蒂芬—波尔茨曼定律 普朗克定律实验 典型例题：习题课题型，上册综合练习题，及历届考研题4-1。
传热学基本知识ppt课件
自然对流与强制对流原理
自然对流原理
自然对流是由于流体内部温度梯度引起的密度差异而产生的流动。在重力作用下， 较热的流体向上运动，较冷的流体向下运动，形成自然对流循环。
强制对流原理
强制对流是通过外部力（如风扇、泵等）驱动流体运动而实现的热量传递。在强制 对流中，流体的流动速度和方向受到外部力的控制，从而实现对流传热。
灰体辐射
灰体是指能够吸收所有波长的辐射能， 但吸收率小于1的物体。灰体辐射除 了与温度有关外，还与灰体的发射率 有关。
辐射换热计算方法
斯忒藩-玻尔兹曼定律
基尔霍夫定律
用于计算黑体辐射的总能量，公式为 E=σT^4，其中σ为斯忒藩-玻尔兹曼 常数，T为黑体的热力学温度。
用于计算灰体的发射率与吸收率之间 的关系，公式为ε=α，其中ε为发射率， α为吸收率。
流体的流动状态（层流或 湍流）对对流换热系数有 显著影响。湍流状态下的 对流换热系数通常比层流 状态下高。
温度梯度越大，对流换热 系数越高。因为较大的温 度梯度会导致流体内部产 生更强烈的密度差异和流 动。
固体壁面的形状、粗糙度 以及表面条件（如氧化、 涂层等）也会影响对流换 热系数。
04
热辐射基本知识
传热学基本知识ppt课件
目录
• 传热学概述 • 热传导基本知识 • 热对流基本知识 • 热辐射基本知识 • 传热过程与换热器设计 • 传热学实验方法与测量技术 • 传热学在工程领域应用案例
01
传热学概述
传热学定义与研究对象
传热学定义
研究热量传递规律的科学，主要研 究物体之间或物体内部热量传递的 过程、机理和计算方法。
对流换热系数及其影响因素
对流换热系数定义
流体物性
食品的热学性质
食品的热学性质食品的热学性质是指与食品相关的温度范围内的热学特性。
它包括食品的热力学性质、胶体化学性质和溶解性。
食品的热学性质通常由食品的物理性质和化学性质两部分组成，其中物理性质包括食品的外观性质、理化性质和结构性质。
食品热学性质有三大类： 1。
不同类别的食品之间存在着微小的差异，这些差异称为热学特性。
一般来说，食品可以按照不同的标准进行分类。
目前使用最多的是按食品加工方法对食品进行分类。
例如按照食品原料的来源可以分为植物性食品、动物性食品、豆制品、果蔬食品、加工食品和其他类别。
一、食品的感官热学性质。
这种性质主要由感官获得。
人们可以根据经验对各种食品的色泽、香气、风味、形状等作出评价。
食品的外观性质是食品的表面性质。
它反映了食品本身的情况，也是判断食品质量优劣的基本依据。
例如，我们看到的鲜肉光泽新鲜，说明新鲜;又如油炸或炒菜的蔬菜呈金黄色，说明火候适宜;再如酒糟色泽白润、稠浓，说明发酵充分……从上述实例可以看出，外观性质只能作为判断食品好坏的参考因素。
所以我们不能仅凭感官去判断食品的优劣，还必须将外观性质和理化性质结合起来，才能准确地判断出食品的质量。
1。
蛋白质、淀粉及其衍生物和糖类的物理特性。
这些物理性质的差异是由它们的化学成分和结构特点决定的。
当油脂与水相遇时，会形成一层保护膜，并防止水分的蒸发，从而形成泡沫。
这种现象叫做乳化。
油脂粒子在水中的扩散速率与水分子的平均自由程密切相关，如果在这个平均自由程下不可逆地穿过某一尺寸的孔隙，则该粒子就完全丧失扩散能力。
具有这种性质的油脂称为亲水性。
脂肪酸分子结构中羧基的极性越强，亲水性越强;脂肪酸分子结构中羟基的极性越强，亲水性越强。
在高浓度的表面活性剂存在下，油脂的乳化能力增强，在表面活性剂的作用下，乳液的稳定性增加。
油脂与水相遇时，由于亲水性的差异，而出现扩散速率不同的现象，这就是凝聚。
由于水溶性颗粒的互相吸引和排斥作用，加入表面活性剂后，油水界面上形成双电层，溶剂水移向外层，而界面张力降低，亲水性较弱的油滴则向内靠拢，并产生絮凝现象。
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传热学基础
郁南职校：肖伟振
关志强版（中职）
一、食品冷却的传热方式
• 冷却和冷藏是食品保鲜的常用方法之一。 冷却是冷藏的必要前处理，是一个短时的 换热降温过程。
• 1、冷却和冻结的主要区别： • （1）冷却的最终温度在冰点以上； • （2）冷藏是冷却后的食品在冷藏温度（常 在0OC以上）下保持食品不变质的一个储藏 方法。
3、热辐射
• 热辐射主要发生在仅有自然对流或流速较 小的的冷加工和冷藏中。
4、食品冷却计算中常用的两个准则数
• （1）毕渥数Bi • 毕渥数反映食品非稳态导热温度场的变化与食品 内部导热热阻的关系。 • 当食品表面突然冷却时，食品内部的温度变化取 决于两个因素：一是食品表面与周围环境的换热 条件，换热条件越剧烈，热量进入食品表面越迅 速；二是食品内部的导热条件，食品内部导热热 阻越小，为传递一定的热量所需要的温度梯度也 越小。食品冷却中，哪一个因素对换热影响大， 用毕渥数衡量。
2、对流
• （1）定义：由于流体的宏观运动，从而流 体各部分之间发生相对位移、冷热流体相 互渗混所引起的热量传递过程。 • （2）对流换热：对流仅能发生在流体中， 必然伴随导热现象，流体中的换热通常是 由对流和传导的相互作用引起的。
3、热辐射
• 辐射：物体通过电磁波来传递能量的方式。 • 热辐射：由于热的原因而发出辐射能的现象。 • 辐射换热:自然界中各个物体都发出热辐射，同 时又吸收其他物体发出的热辐射，这种辐射和吸 收的综合过程称为辐射换热。
1、导热
• （1）定义：物体各部分之间不发生相对位 移时，依靠分子、原子以及自由电子等微 观粒子的热运动而产生的热量传递。（热 传导） • 导热是温度不同的各部分物质由于直接接 触而传递热能的过程。
· 导热遵循傅里叶定律，它
确定了热传导所传递的热量 与温度分布不均匀之间部、包装材 料以及用固体材料作为冷却介质的冷加工 中。冷却降温有由表及里形成温度梯度。
4、食品冷却计算中常用的两个准则数
• （2）傅里叶数FO ： • 傅里叶数反映导热速率与固体中热能储备 速率之比，用于非稳态传热分析。
二、食品几何形状对冷却速率的影响P161
2、果蔬食品和动物性食品的冷藏
• （1）果蔬食品的冷藏，应该使其生命的代 谢过程尽量缓慢进行，延迟其成熟期的到 来，保持其新鲜度。 • （2）动物性食品的冷藏，应该降低食品中 微生物的繁殖能力和自身的生化反应速率， 可作为暂时储藏或作为冻结与冻藏的前处 理。
一、传热基本方式
• 食品冷却中采用的基本传热方式：导热、 对流和热辐射。 • 实际生产中，大多数是以一种为主、其他 为辅的传热方式。