综合传热的性质和作用
传热在食品工业上的应用
传热在食品工业上的应用传热在食品工业上的应用传热是食品工业中的一个重要过程。
它可以用于食品加工、冷却和保温等方面。
本文将详细介绍传热在食品工业上的应用，包括传热原理、常见的传热设备以及传热过程对食品质量的影响。
一、传热原理传热是指由高温物体向低温物体传递能量的过程。
在食品工业中，常见的传热方式有导热、对流和辐射。
1.导热：导热是指物质内部热量的传递过程。
食品中的热传导通常发生在热交换设备中，如加热锅、加热板等。
导热过程可通过材料的热导率来衡量，主要取决于材料的性质。
2.对流：对流是指热量通过流体传递的过程。
在食品工业中，对流可以发生在液体和气体中。
对流传热主要取决于传热介质的流速和温度差，流体的传热性质对于食品加热均匀性和加热效率有着重要影响。
3.辐射：辐射是指热量通过电磁波传递的过程。
在食品工业中，辐射通常发生在加热设备中，如微波炉、红外线烤箱等。
辐射传热可加快食品加热速度和提高加热均匀性。
二、常见的传热设备在食品工业中，常见的传热设备包括加热锅、加热板、蒸汽锅炉、蒸发器、冷冻设备等。
1.加热锅：加热锅通常用于食品的热处理和杀菌。
它可以通过导热、对流和辐射等方式进行传热。
2.加热板：加热板通常用于食品的加热和保温。
它可以通过导热和辐射等方式进行传热。
3.蒸汽锅炉：蒸汽锅炉是一种用于产生蒸汽的设备，常用于食品加工中。
它主要通过对流传热来将水加热为蒸汽，然后将蒸汽传递给食品。
4.蒸发器：蒸发器通常用于食品加工中的浓缩和干燥过程。
它可以将食品中的水分蒸发掉，以提高食品的保存性和品质。
5.冷冻设备：冷冻设备通常用于食品的冷藏和冷冻。
它可以通过导热和对流传热来将食品的温度降低至所需的水平。
三、传热过程对食品质量的影响传热过程对食品质量有着重要影响。
它可以改变食品的物理性质、保存性和口感等。
1.热处理：热处理可以改变食品中的蛋白质、淀粉等组分的性质。
例如，高温可以使蛋白质凝固，改变食品的质地和口感。
2.杀菌：杀菌是食品加工中常用的传热过程之一。
总传热系数的物理意义
总传热系数的物理意义
总传热系数（Overall heat transfer coefficient）是指在一个传热
过程中各种传热方式的综合影响，表示单位面积上的总传热量与总温差之比。
总传热系数的物理意义主要体现在以下几个方面：
1. 总传热系数反映了传热过程中的阻力和热导率等参数的综合影响。
传热过程中，不同的传热方式具有不同的传热特性，包括对流传热、辐射传热和传导传热等。
总传热系数可以将各种传热方式的影响整合起来，综合考虑了传热面的材料特性、流体性质、传热表面形状等因素，从而提供了衡量传热性能的综合指标。
2. 总传热系数揭示了传热过程中的傅里叶定律。
根据傅里叶定律，传热量正比于传热面上的温度差。
总传热系数是传热量与温度差之比，反映了单位面积上的传热量。
通过总传热系数，可以确定传热过程中的传热速率。
3. 总传热系数还可用于设计和优化传热设备。
在传热设备的设计过程中，需要确定传热系数的大小以及对应的传热面积，以满足传热要求。
总传热系数的物理意义在于提供了一个基础参数，可以作为传热设备设计和优化的参考依据。
总的来说，总传热系数是描述传热过程中传热性能的重要指标，它综合考虑了传热方式的影响以及传热过程中的傅里叶定律，具有重要的物理意义。
热平衡与传热：热平衡的条件和传热方式的分类
热平衡与传热：热平衡的条件和传热方式的分类热平衡是一个非常重要的概念，它指的是物体或系统内部的温度达到相互之间的均衡。
在热平衡状态下，各个部分之间没有温度差异，因此热量不会从一个部分转移到另一个部分。
热平衡的条件不仅适用于物体内部，还适用于物体与其周围环境之间的热交换。
传热则涉及热量从一个物体到另一个物体的传递过程。
传热可以通过多种方式进行，例如传导、对流和辐射。
在本文中，我们将讨论热平衡的条件以及传热方式的分类。
首先，我们来讨论热平衡的条件。
热平衡是指物体或系统内部的温度达到均衡状态。
这意味着在热平衡状态下，物体内各个部分之间没有温度差异。
要实现热平衡，物体或系统必须满足以下两个条件：热量的输入与输出相等，热量的传导速率与散失速率相等。
如果这两个条件不满足，物体内部的温度就无法达到均衡状态。
其次，我们来讨论传热方式的分类。
传热是指热量从一个物体到另一个物体的传递过程。
传热方式可以分为三种：传导、对流和辐射。
首先是传导。
传导是指热量通过物体的直接传递。
当两个物体之间存在温度差异时，热量会从高温物体传递到低温物体，直到两个物体的温度达到均衡。
传导的速率取决于物体的导热性能，例如导热系数。
金属材料通常具有较高的导热性能，因此在传导过程中能够更快地传递热量。
其次是对流。
对流是指热量通过流体的传递。
当流体受热时，它会变热变稀薄，从而产生比周围流体更轻的热量，这使得热量在流体中上升。
流体之间的对流传热是通过对流传热系数进行的。
对流传热可以分为自然对流和强制对流。
自然对流是指由于温度差异而产生的流体运动，例如烟囱效应。
强制对流是通过外部力量引起的流体运动，例如风扇。
对流传热常用于液体和气体的传热过程。
最后是辐射。
辐射是指热量通过电磁辐射传递。
所有物体都会辐射热量，其速率取决于物体的温度和辐射特性。
辐射传热不需要介质的存在，因此它可以在真空中传递热量。
辐射传热是一种无接触传热方式，因此它在某些情况下非常有用，例如太阳辐射热量到地球上。
传热学中的传热特性和传热方式
传热学中的传热特性和传热方式传热学是力学、物理学、化学等多学科交叉的研究领域，主要研究物质内部的能量转移和传递。
在传热学中，传热特性和传热方式是非常重要的概念，下面将详细介绍它们的含义和应用。
一、传热特性传热特性是指物质进行传热时的基本特点，包括传热介质的导热性、传热面积、传热速度和传热温差等。
在传热学中，我们常用传热特性来描述和分析物质内部能量转移的过程和规律。
1.导热性导热性是介质传递热量的性质和能力，是介质传递热量的关键特性之一。
导热性的大小与介质的热传导能力相关，通常用导热系数来表示，导热系数越大，介质传递热量的能力越强。
在不同介质中，导热系数存在差异，例如金属的导热系数很大，热传导能力强；空气的导热系数较小，热传导能力较弱。
导热性是介质进行传热的基础，它的大小对于物质内部能量转移的过程和速率有着决定性的影响。
2.传热面积传热面积是指热量传递的面积，通常用传热面积来表示。
传热面积的大小对物质内部能量转移的速率和效率有着重要影响。
一般来说，传热面积越大，热量的传递速率就越快，传热效率也就越高。
3.传热速度传热速度是指热量传递的速率，通常用传热速度来描述。
传热速度的大小对于传热特性的分析和计算至关重要。
在物质内部能量转移的过程中，传热速度被认为是一个重要的参数，它决定了物质内部能量的转移速率。
4.传热温差传热温差是介质传递热量的一个关键参数，它是指传热介质的两个温度之差。
传热温差的大小对于介质内部能量转移的速率和效率有着重要的影响。
一般来说，传热温差越大，热量的传递速率就越快，传热效率也就越高。
二、传热方式传热方式是指介质内部能量转移的方式和方法，它通常根据传递介质的性质和传递方式的不同进行分类。
1.导热传递导热传递是通过介质内部分子热振动产生的热传导现象进行能量转移的。
导热传递是介质内传递热量的一个基本方式，它的传递速率与介质的导热系数和传热温差有关。
在导热传递的过程中，介质内部的分子不断地进行热振动和能量传递，最终整个介质内部的热量被传递出去。
传热学概念复习资料
1.传热学是研究由温差引起的热量传递规律的科学。
2.热传递分为稳定热传递（温度不随时间的变化热变化）和不稳定热传递（温度随时间的变化热变化）3.热传导: 它是不同温度的物体之间通过直接接触或同一物体不同温度的各部分之间，当没有宏观相对位移时,由分子原子电子等微观粒子的热运动来传递热量的过程。
热对流: 它是物体间不同温度的各部分之间由流体微团宏观相对唯一来传递热量的过程热辐射: 由于热的原因而向外发出辐射的过程。
4.对流换热过程；运动着的流体与固体壁面之间的热传递过程5.传热过程：热量从壁面一侧流体传给壁面另一侧流体的过程6.综合换热：对流换热和辐射换热同时存在的过程7.温度场:温度场是各时刻物体中各点温度分布的总称。
8.温度场按物体中个点的温度是否随时间变化分为非稳态温度场（随时间变化）和稳态温度场（不随时间变化）9.等温面：温度场中，同意瞬间温度相等的点连成的面成为等温面。
等温线等温面与任意平面的交线为等温线。
注：等温线是不可能相交的，它只能是封闭曲线或者终止于物体的边界线上。
10.导温系数α也称为热扩散系数或热扩散率，它象征着物体在被加热或冷却是其部各点温度趋于均匀一致的能力。
Α大的物体被加热时，各处温度能较快的趋于一致。
11.肋片效率：实际的肋片换热量/整个肋片壁面的温度等于肋根温度时的换热量。
速度边界层：现定义贴近壁面的具有明显速度梯度的那一层流体为速度边界层。
12.热边界层：定义贴近壁面的具有明显温度梯度的那一层流体为热边界层。
13.定型尺寸：应该选择对换热系数影响最大的尺寸作为定型尺寸。
14.定型温度的选择：确定流体物性的温度，从而把物性当作常量处理。
15.凝结：工质由气态变为液态的过程叫凝结。
17、膜状凝结：如果能够湿润，他就在壁面上形成一层液膜，并受重力作用而向下流动，称为膜状凝结。
18、珠状凝结：这些滚入的液珠冲掉了沿途所有的液珠，于是蒸汽又在这些裸露的冷壁面重新凝结，在凝结核心处形成小液珠，这称之为珠状液珠。
传热原理
层流时，以导热为主； 2. 流体流动的状态： 对流。 湍流时，既有导热又有
3. 流体的物性： 主要有、Cp、、 等。 4. 换热面的形状和位置：
固体壁面的形状和位置不同，对流换热的强弱不同。
二、对流换热的基本定律 —— 牛顿冷却定律 内容：对流换热的热流与流体和固体壁面间的温度差成正比。 数学表达式：
散热面位置 Aw
4
tw t f
垂直的平壁 2.56 向下的平壁 1.63
表 2-1 Aw的取值 向上的平壁 3.26
2.无限大空间中的水平圆筒外壁的自然对流换热系数
简化公式：
t 1.34 d
管道外径，m
1
4
管道外壁与周围空 气的温差，℃
四、流体在管内强制流动时的对流换热系数的计算
A + R +D=1
讨论 (1) 当A=1、R=0、D=0时，该物体叫绝对黑体，简称黑体。 (2) 当A=0、R=1、D=0时，该物体叫绝对白体或绝对镜体。 慢反射时称为绝对白体，简称白体； 镜面反射时称为绝对镜体，简称镜体。
(3) 当A=0、R=0、D=1时，该物体叫绝对透热体，简称透热体。 实际上，实际物体的A、R、D均介于0～1间，不存在真正的黑体、 白体、镜体和透热体。 注意 (1) 光学上说的黑色物体、白色物体、透明体与这里的黑体、白体、透热 体不一样，要区分开，前者指对可见光的全吸收、全反射和全透过， 而后者指对热射线的全吸收、全反射和全透过。如：雪，对可见光几 乎全反射，但其A=0.985，几乎吸收全部的红外线，近似黑体。
注：当r1/r2≤2时，可近似把圆筒壁当作平壁来处理，其计算误差一 般≤4%，满足工程需要。
其厚度为： =r2-r1 导热面积按平均半径
传热学知识总结1
传热学知识总结1传热学知识总结1传热学主要知识点1. 热量传递的三种基本⽅式。
热量传递的三种基本⽅式：导热(热传导)、对流(热对流)和热辐射。
2．导热的特点。
a 必须有温差；b 物体直接接触；c 依靠分⼦、原⼦及⾃由电⼦等微观粒⼦热运动⽽传递热量；d 在引⼒场下单纯的导热⼀般只发⽣在密实的固体中。
3.对流（热对流）(Convection)的概念。
流体中（⽓体或液体）温度不同的各部分之间，由于发⽣相对的宏观运动⽽把热量由⼀处传递到另⼀处的现象。
4对流换热的特点。
当流体流过⼀个物体表⾯时的热量传递过程，它与单纯的对流不同，具有如下特点：a 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程b 必须有直接接触（流体与壁⾯）和宏观运动；也必须有温差c 壁⾯处会形成速度梯度很⼤的边界层5.⽜顿冷却公式的基本表达式及其中各物理量的定义。
6. 热辐射的特点。
a 任何物体，只要温度⾼于0 K ，就会不停地向周围空间发出热辐射；b 可以在真空中传播；c 伴随能量形式的转变；d 具有强烈的⽅向性；e 辐射能与温度和波长均有关；f 发射辐射取决于温度的4次⽅。
7.导热系数, 表⾯传热系数和传热系数之间的区别。
导热系数：表征材料导热能⼒的⼤⼩，是⼀种物性参数，与材料种类和温度关。
表⾯传热系数：当流体与壁⾯温度相差1度时、每单位壁⾯⾯积上、单位时间内所传递的热量。
影响h 因素：流速、流体物性、壁⾯形[]W )(∞-=t t hA Φw []2m W )( f w t t h AΦq -==状⼤⼩等。
传热系数：是表征传热过程强烈程度的标尺，不是物性参数，与过程有关。
8.实际热量传递过程：常常表现为三种基本⽅式的相互串联/并联作⽤。
9.复杂传热过程第⼀章导热理论基础1傅⽴叶定律的基本表达式及其中各物理量的意义。
傅⽴叶定律（导热基本定律）：垂直导过等温⾯的热流密度，正⽐于该处的温度梯度，⽅向与温度梯度相反。
(1)空隙中充有空⽓,空⽓导热系数⼩,因此保温性好;(2)空隙太⼤,会形成⾃然对流换热,辐射的影响也会增强,因此并⾮空隙越⼤越好。
化工原理第四章传热及传热设备
缺点：造价高，流动阻力大，动力消耗大。
典型设备：列管式换热器、套管式换热器。
适用范围：不许直接混合的两种流体间的热交换。
单程列管式换热器
1 —外壳 2—管束 3、4—接管 5—封头 6—管板 7—挡板
套管式换热器 1—内管 2—外管
3、蓄热式换热器
一个物性参数，越大，导热性能越好。导热性能的大小与物
质的组成、结构、温度及压强等有关。
物质的导热系数通常由实验测定。各种物质的导热系数数 值差别极大，一般而言，金属的导热系数最大，非金属次之， 而气体最小。工程上常见物质的导热系数可从有关手册中查 得，本教材附录亦有部分摘录。
气体的导热系数
与液体和固体相比，气体的导热系数最小，对 导热不利，但却有利于保温和绝热。
流体无相变时：α =f(u，l，μ,λ，ρ，Cp，βgΔt)
8个变量通过因次分析得到如下等关系式：
l
K
lu
a
Cp
f
l
3
2 gt 2
h
Nu l ：努塞尔准数 表示对流传热系数的准 数
Re lu ：雷诺准数 表示流动状态对 的影响
Pr Cp ：普兰特准数 表示流体的物性对 的影响
的导热面积A成正比。
Q=-λAdt/dx
λ--导热系数，W/m·K 或W/m·℃ dt/dx—温度梯度，负值(温度降低的方向)
Q—热流量，热流方向与温度梯度的方向相反
4.2.3 导热系数
QAd dxtAQ dtdqt
dx dx
上式即为导热系数的定义式。其表明导热系数在数值上 等于单位温度梯度下的热流密度。它是表征物质导热性能的
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ql1
t1 t1/ 1
t1 t1/ 1
(R1 1)d1 g1d1
②圆筒壁的导热
ql/
t/ 1
t
/ 2
1 ln d 2
2 d1
③筒外壁与低温流体之间的对流和辐射换热
ql2
t/ 2
t2
1
t/ 2
t2
1
R2 2 g2
ql1 ql/ ql2
ql
1
t1 t2 1 ln d2
1
g1d1 2 d1 g2d2
4 一种流体通过多层圆筒壁传热给另一种流体
r1 r2 r3 r4 t1
t2
ql
1
（t1t2）
n
1 lndi1
1
g1d1 i1 2
di
d g2 n1
5 窑内火焰空间内的传热
Fw
火焰
窑
Fm
墙
玻璃液
燃料在窑内燃烧，将热量以对流和辐射的形式传递给物料和 窑墙的过程，窑内的温度场、压力场和速度场是不均匀的。
窑外 冷空气
q1s1st2 1 t.2 ..sn11t1 nsti21
g1 1 2
n g2
g1 i1 i
g2
3 一种流体通过圆筒壁传热给另一种流体
圆筒壁的导热面积沿热流方向改变，一般计算单
位长度圆筒壁得传热量qL。
ql
Q l
d2
t2
d1 t2/ t1 t1/
①筒壁内流体与筒内壁之间的对流和辐射换热
解： 先求保温层在平均温度下的导热系数，即： （1） 保温层厚度： 得r3=0.141m 故保温层厚度为：
（2）保温层中温度的分布 设保温层半径r处，温度为t，代入式可得：
解上式并整理得：
例：空气横向流过单根圆管的对流换热,管壁平均 温度 tw=69℃ ，空气温度 tf=20 ℃ ，管子外径 d=14mm ，加热段长80mm，加热段的输入功率 8.5w，如果全部热量通过对流换热传给空气，求 表面的对流换热系数多大？
解：据导热公式：
Q q A 7 3 5 2 0 1 4 7 0 0 ( W )
例：一炉子的炉墙厚13cm，总面积为20m2，平均导 热系数为1.04w/m·k，内外壁温分别是520℃及 50℃。
（1）试计算通过炉墙的热损失。
（2）如果所燃用的煤的发热量是2.09×104kJ/kg， 问每天因热损失要用掉多少千克煤？
解：
例：耐火砖与红砖砌成的炉墙 s1=150mm ， λ1=1.16W/m.℃ ， s2=200mm ， λ2 = 0.7w/m .℃ ， t1= 300 ℃ ， t3=－5 ℃ ， 炉墙 总面积 20m2，求：
（1）求通过炉墙的散热损失Q ?
（2）界面温度t2 ？
t1
t2
t3 粘红
土砖
q
q砖
s1 s2 1 2
窑墙的热量。
火焰
Qgm Qcgm
Qwm
QmQgmQg cmQwm
物料
Q gmm gC 0[(1T 0g0)4(1 T 0 m 0)4]A m
Qg cm gm(TgTm)Am
Q w m mw (1 g)C 0 [(1 T 0 w 0 )4 (1 T 0 m 0 )4 ]A m
习题课
导热
qt1 t2 t1 t2 t
辐射传热——气体与固体之间
qRw /gC0[(1T0g0)4(1T0w 0)4]
qRR(t1t2)
Rt1 1t2{w /gC 0[(1T 0g0)4(1T 0w 0)4]}
RR
1ห้องสมุดไป่ตู้R
1 一种流体通过器壁向另一种流体传热
t1 •
窑内
t1/ • Q
窑外 Q
• t2/
w
• t2
s
①高温流体与平壁之间的对流和辐射换热
简化与假定窑内的传热过程：
(1)火焰在窑内各处的温度相等，Tf； (2) 火焰黑度与其吸收率相等（f=Af），其数值根据Tf计算； (3) 火焰完全充满空间（角系数）；
(4) 物料表面各处的温度相等，Tm； (5) 物料表面的黑度为一定值，m； (6) 窑墙（含窑顶）内表面各处的温度相等，Tw； (7) 窑墙表面的黑度为一定值， w； (8) 窑体损失与周围外界的热量恰好等于火焰以对流方式传给
综合传热的性质和作用
qd
t1 t2 s
导热
Rd
s
对流换热
qc
tg
1
tw
1 Rc
辐射传热——固体与固体之间
qRnC0[(1T 010)4(1T 020)4]12
qR
t1 t2 RR
t1 t2 1
R
Rt1 1t2{nC 0[(1T 0 1 0)4(1 T 0 2 0)4]12}
RR
1 R
1
K (t1 t2 )
g1 g2
综合传热系数:
1 K
t1 t2 1 s 1 g1 g2
（W/m2·℃）
2 一种流体通过多层平壁传热给另一种流体
t1 Q1 • tw1
•t界1• t界2 Q2
Q
窑内 火焰或焰气
Q
• t界3
Q3
空硅 耐 气藻 火 夹土 砖 层砖
• tw2
红
t2
砖
窑墙，共n层
s
s Rt
q t1 tn1 t1 tn
n si
i1 i
n
Rti
i1
ql
Q l
t1 t2 t 1 ln r2 Rt
2 r1
ql
Q l
n
t1 tn1
t
1 lnri1 Rt
i1 2i
ri
对流换热
q
(tw
t
f
)
t 1
辐射传热
qRt1 1t2
t1t2 t1t2
t1t2 RR
R {nC0[(1T 010)4(1T020)4]12}
qRtg 1tw
tgtw tgtw
tgtw RR
R
{w /gC0[(1T0g0)4(1T0w0)4]}
例：有—座玻璃池窑的胸墙，用 450mm 厚的硅砖 砌筑，测得其内表面的温度为 1500℃ ，外表面的 温度为 350℃ ，λ=0.92+0.7×10-3t W/m.℃ ，求通 过硅砖的散热损失是多少？
解：根据傅立叶公式
Q stA1.040 (5 .1 23 050)2075.2kw
每天用煤
24360075.2 2.09104 310.9kg/d
例：在外径为140 mm的蒸气管道外包扎保温材 料，以减少热损失。蒸气管外壁温度 为390℃， 保温层外表温度不大于40℃。保温材料的 λ=0.1+0.0002t (t的单位为℃。λ的单位为W/ （m·℃）)。若要求每米管长的热损失Q/L不大 于450W/m，试求保温层的厚度以及保温层中温 度分布。
q1
t1 t1/ 1
t1 t1/ 1
②平壁内部的导热
R1 1 g1
q/
t/ 1
t
/ 2
s
③平壁外表面与低温流体之间的对流和辐射换热
q2
t/ 2
t2
1
t/ 2
t2
1
R2 2 g2
R对1
R对2
t1 •
•t1/
t2/ •
• t2
R辐1
R导
R辐2
Q
q q1 q/ q2
q
t1 t2 1 s