文档介绍：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1节概述
加热或冷却
换热
保温
强化传热过程
削弱传热过程
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:
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。
(又称导热)
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。
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。
能量转移、能量形式的转化
不需要任何物质作媒介
加热剂:热水、饱和水蒸气
矿物油或联苯等低熔混合物、烟道气等
用电加热
冷却剂:水、空气、冷冻盐水、液氨等
冷却温度30C 水
加热温度180C 饱和水蒸气
4、热载体及其选择
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 ——某点的空间坐标;
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2节热传导
傅立叶定律
一、温度场和梯度场
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+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。