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
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
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。
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
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。
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/。
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
n
dS
Q
t+△t
t
t-△t
∂t/∂n
图温度梯度和傅立叶定律