食品工程原理(課堂)課件

食品工程原理編寫人：劉偉民教授

江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院食品科學(xué)與工程專業(yè)本科教學(xué)課件1食品工程原理編寫人：劉偉民教授江章目錄0緒論1流體流動(dòng)2流體輸送機(jī)械3流體經(jīng)顆粒的流動(dòng)4傳熱5蒸發(fā)6傳質(zhì)基礎(chǔ)和吸收7蒸餾8液液萃取

9干燥10冷凍章目錄0緒論6傳質(zhì)基礎(chǔ)和吸收0緒論

30緒論

30.1食品工業(yè)生產(chǎn)過程由食品工業(yè)提供的食品種類繁多，如糖、煙、酒、奶粉、火腿腸、餅干、面包，等等。食品工業(yè)是對(duì)原料進(jìn)行物理、生物、化學(xué)加工，以獲取目標(biāo)食品的工業(yè)。物理加工當(dāng)然進(jìn)行的是物理操作，如粉碎、過濾、蒸發(fā)、加熱、冷卻、干燥等。0.1食品工業(yè)生產(chǎn)過程由食品工業(yè)提供的食品種類繁多，如糖對(duì)涉及生物、化學(xué)加工的食品加工過程而言，過程的核心應(yīng)當(dāng)是生物化學(xué)或化學(xué)反應(yīng)過程和設(shè)備（反應(yīng)器）。為了過程得以經(jīng)濟(jì)有效地進(jìn)行，反應(yīng)器中應(yīng)保持某些優(yōu)惠條件，如適宜的壓強(qiáng)、溫度、濃度、界面積。對(duì)涉及生物、化學(xué)加工的食品加工過程而言，過程的核心應(yīng)當(dāng)是生物原料必須經(jīng)過一系列的預(yù)處理，以除去雜質(zhì)，達(dá)到必要的純度、溫度、壓強(qiáng)、接觸面積等，這些過程稱為前處理。反應(yīng)物同樣需要經(jīng)過各種后處理過程加以精制，以獲得最終成品（或中間產(chǎn)品）。以啤酒生產(chǎn)過程為例，加以理解原料必須經(jīng)過一系列的預(yù)處理，以除去雜質(zhì)，達(dá)到必要的純度、溫度啤酒生產(chǎn)工藝麥汁煮沸原料麥芽、大米粉碎混合預(yù)浸糖化過濾酒花分離麥汁冷卻發(fā)酵啤酒過濾灌裝殺菌成品啤酒啤酒生產(chǎn)工藝麥汁煮沸原料麥芽、大米粉碎混合預(yù)浸糖化過濾酒花分上述流程中，糖化、發(fā)酵步驟是典型的生化反應(yīng)過程。其余前后處理中的操作步驟則以物理加工為主要特征，為反應(yīng)器中的過程提供優(yōu)惠條件，但它們卻占據(jù)生產(chǎn)過程的大部分，占據(jù)企業(yè)大部分的設(shè)備投資和操作費(fèi)用。上述流程中，糖化、發(fā)酵步驟是典型的生化反應(yīng)過程。食品工業(yè)中的物理過程或物理操作步驟，對(duì)食品工程師、科研人員及管理人員而言，非常重要。食品工業(yè)過程的這種特點(diǎn)同樣出現(xiàn)在化學(xué)工業(yè)、制藥工業(yè)等生產(chǎn)過程中，說明這一些類型的生產(chǎn)過程的處理原則可以是相似的。食品工業(yè)中的物理過程或物理操作步驟，對(duì)食品工程師、科研人員及生產(chǎn)過程的大部分操作是物理操作步驟。研究這類物理操作的原理，就成為幾個(gè)專業(yè)領(lǐng)域共同面臨的問題，需要有一門學(xué)科來系統(tǒng)討論出現(xiàn)的各種物理操作，以統(tǒng)一和簡化相關(guān)工業(yè)過程的描述。這門學(xué)科就是“單元操作”學(xué)生產(chǎn)過程的大部分操作是物理操作步驟。0.2單元操作

0.2.1單元操作的概念

食品、化工、制藥等生產(chǎn)過程中的各個(gè)基本的物理操作步驟或單元，如流體輸送、過濾、傳熱、蒸發(fā)、液體萃取、干燥、冷凍等就是單元操作。這些物理操作步驟是組成生產(chǎn)過程的基本單元，具有各自統(tǒng)一的原理、各自通用的設(shè)備。0.2單元操作

0.2.1單元操作的概念

食品將各單元操作從各種具體生產(chǎn)過程中抽出來進(jìn)行系統(tǒng)的研究和表達(dá)，就可以統(tǒng)一和簡化食品、化工、制藥等生產(chǎn)過程的描述。單元操作的英語定義將各單元操作從各種具體生產(chǎn)過程中抽出來進(jìn)行系統(tǒng)的研究和表達(dá)，Theunit-operationconceptisthis:bystudyingsystematicallythesephysicaloperationsthemselves——operationswhichclearlycrossindustryandprocesslines——thetreatmentofprocessesisunifiedandsimplified.工業(yè)和過程生產(chǎn)線按單元操作分割，以統(tǒng)一和簡化描述。Theunit-operationconceptis0.2.2單元操作的特點(diǎn)

都是物理操作；都是共有的操作；原理相同，設(shè)備通用（不同過程中，設(shè)備的個(gè)數(shù)和排列順序當(dāng)然可以不同）。0.2.2單元操作的特點(diǎn)

都是物理操作；0.3食品工程原理課程的兩條主線（1）統(tǒng)一的研究對(duì)象各單元操作最終歸于動(dòng)量、熱量、物質(zhì)量傳遞，故“三傳”是其統(tǒng)一的研究對(duì)象。動(dòng)量、熱量、物質(zhì)量都是物理量，在本質(zhì)上一致的物理量通量的求取是課程的一條主線。0.3食品工程原理課程的兩條主線（1）統(tǒng)一的研究對(duì)象（2）統(tǒng)一的研究方法實(shí)驗(yàn)研究法（量綱分析規(guī)劃）、半理論半經(jīng)驗(yàn)的數(shù)學(xué)模型法和純數(shù)學(xué)模型法是統(tǒng)一的研究方法，是課程的另一條主線。統(tǒng)一的研究對(duì)象和統(tǒng)一的研究方法使其成為一門學(xué)科（成為學(xué)科的兩個(gè)條件）。兩主線可合一（2）統(tǒng)一的研究方法現(xiàn)有教材編寫思路的揭示

單元操作類教材編寫和內(nèi)容理解主線揭示和創(chuàng)新示意圖選用動(dòng)量型設(shè)備需求出設(shè)備的動(dòng)量通量(指單位面積單位時(shí)間的動(dòng)量)運(yùn)用規(guī)律：動(dòng)量通量絕對(duì)值等于速度梯度乘比例系數(shù)動(dòng)力粘度或表觀動(dòng)力粘度寫成：動(dòng)量通量等于速度差除以動(dòng)量傳遞阻力選擇四方法之一求傳遞阻力（1）從牛頓粘性定律推（2）因次分析規(guī)劃試驗(yàn)測（3）數(shù)學(xué)模型輔助實(shí)驗(yàn)測（4）實(shí)驗(yàn)測掩蓋求通量完成選用設(shè)計(jì)計(jì)算選用熱量型設(shè)備需求出設(shè)備的熱量通量(指單位面積單位時(shí)間的熱量)運(yùn)用規(guī)律：熱量通量絕對(duì)值等于溫度梯度乘比例系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)或單位距離給熱系數(shù)寫成：熱量通量等于溫度差除以熱量傳遞阻力選擇四方法之一求傳遞阻力（1）從傅立葉導(dǎo)熱定律推（2）因次分析規(guī)劃試驗(yàn)測（3）數(shù)學(xué)模型輔助實(shí)驗(yàn)測（4）實(shí)驗(yàn)測掩蓋求通量完成選用設(shè)計(jì)計(jì)算選用傳質(zhì)型設(shè)備需求出設(shè)備的質(zhì)量通量(指單位面積單位時(shí)間的物質(zhì)量)運(yùn)用規(guī)律：質(zhì)量通量絕對(duì)值等于濃度梯度乘比例系數(shù)擴(kuò)算系數(shù)或單位距離傳質(zhì)系數(shù)寫成：質(zhì)量通量等于濃度差除以物質(zhì)量傳遞阻力選擇四方法之一求傳遞阻力（1）從菲克擴(kuò)散定律推（2）因次分析規(guī)劃試驗(yàn)測（3）數(shù)學(xué)模型輔助實(shí)驗(yàn)測（4）實(shí)驗(yàn)測掩蓋求通量完成選用設(shè)計(jì)計(jì)算選用或設(shè)計(jì)設(shè)備需求設(shè)備的物理量通量(物理量指動(dòng)量、熱量、物質(zhì)量)運(yùn)用規(guī)律：物理量通量絕對(duì)值等于物理量濃度（指單位體積物理量）梯度乘系數(shù)寫成：通量等于物理量濃度差除以傳遞阻力選擇四方法之一求傳遞阻力（1）從三個(gè)基本定律推導(dǎo)（2）因次分析規(guī)劃試驗(yàn)測（3）數(shù)學(xué)模型輔助實(shí)驗(yàn)測（4）實(shí)驗(yàn)測掩蓋求通量完成選用設(shè)計(jì)計(jì)算創(chuàng)新的主線現(xiàn)有教材編寫思路的揭示單元操作類教材編寫和內(nèi)容理解主線揭示0.4食品工程原理課程要解決的問題過程和設(shè)備的選擇（例：井水如何送到五樓？）設(shè)備的設(shè)計(jì)（粉塵回收的旋風(fēng)分離器無合適的可選，如何自己設(shè)計(jì)？）順利操作和解決出現(xiàn)的問題（換熱器用長時(shí)間，工藝不達(dá)標(biāo)，什么原因？）0.4食品工程原理課程要解決的問題過程和設(shè)備的選擇（例：0.5食品工程原理和化工原理的對(duì)比化工原理是化學(xué)工程專業(yè)發(fā)展形成的系統(tǒng)闡述化工單元操作的一門學(xué)科，在國外最早就稱單元操作，研究普遍性單元操作原理。將化工原理引入到食品工業(yè)中，形成食品工程原理。因食品工業(yè)的一些特殊性，而具有特殊點(diǎn)。0.5食品工程原理和化工原理的對(duì)比化工原理是化學(xué)工程專業(yè)食品物料的特點(diǎn)及其對(duì)加工的要求是：（1）熱敏性和氧化變質(zhì)

要求低溫、缺氧條件。更多用：真空輸送、真空過濾、真空脫氣、真空冷卻、真空蒸發(fā)、真空結(jié)晶、真空干燥、真空蒸餾、真空包裝、冷凍濃縮、冷凍干燥等。食品物料的特點(diǎn)及其對(duì)加工的要求是：（2）易腐敗性

要求濃縮食品、干制食品、冷凍食品和速凍食品成為主要形式。更多用冷凍濃縮、半透膜濃縮、輻射干燥、冷凍升華干燥、低溫冷凍、速凍等單元操作。（2）易腐敗性（3）物料多為固態(tài)和液態(tài)，化工多為氣態(tài)。有關(guān)提取、分離、凈制以及混合、乳化、粉碎等單元操作占有相當(dāng)重要的地位。同時(shí)應(yīng)用吸附離子交換、浸出、過濾分離以及膜分離、超臨界流體萃取等單元操作。（4）非牛頓流體是主要形式，與牛頓流體不同。（3）物料多為固態(tài)和液態(tài)，化工多為氣態(tài)。食品工程原理將化工原理的普遍性知識(shí)“三傳”運(yùn)用到具有特殊性要求的食品行業(yè)中，形成了能夠解決食品工程問題的知識(shí)體系和研究方法，成為一門新的學(xué)科。在真空技術(shù)、冷凍技術(shù)、結(jié)晶、膜分離、分子蒸餾、超臨界流體技術(shù)等方面得到更深的發(fā)展。食品工程原理將化工原理的普遍性知識(shí)“三傳”運(yùn)用到具有特殊性要0.6單位換算學(xué)科在形成過程中，使用過各種單位制，要能熟練換算（用于看資料）。SI制七種基本單位及符號(hào)：長度m、質(zhì)量kg、時(shí)間s，熱力學(xué)溫度K、發(fā)光強(qiáng)度cd“坎德拉”、電流強(qiáng)度A、物質(zhì)量mol。國家法定計(jì)量單位（SI單位加我國承認(rèn)的幾種）。0.6單位換算學(xué)科在形成過程中，使用過各種單位制，要能熟0.6.1物理量的單位換算0.6.1物理量的單位換算兩個(gè)相同的物理量之比為純數(shù)1，其數(shù)字部分即為換算因數(shù)，但要將目標(biāo)（要換算到的單位）單位的物理量放在分子上，用此法不容易產(chǎn)生錯(cuò)誤。例：工程單位制中，基本物理量是長度(m)、時(shí)間(s)和力(kgf)，而質(zhì)量是導(dǎo)出量，問其單位？將工程制的質(zhì)量換為SI制kg換算因數(shù)怎么寫？兩個(gè)相同的物理量之比為純數(shù)1，其數(shù)字部分即為換算因數(shù)，但要將解：食品工程原理(課堂)課件常見物理量的換算因數(shù)見課本附錄。但最好記住：（1）1kg=2.2b（磅）（2）1m=3.28ft（英尺）≈3.3ft（3）1kg(f)=9.81N（4）1N=105dyn（5）1BTU=1055J（用≈1kJ記，用水的比熱換算：食品工程原理(課堂)課件（6）1cal=4.187J（7）1℃溫差=1.8oF溫差＝1K溫差關(guān)于溫度有攝氏溫度（Celsius-scale）、華氏（Fahrenheit）、蘭氏（Rankine）和熱力溫度（K），換算關(guān)系用下圖記憶：（6）1cal=4.187J食品工程原理(課堂)課件0.6.2經(jīng)驗(yàn)公式（數(shù)字公式）換算有些公式是根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的實(shí)驗(yàn)規(guī)律的總結(jié)，但不是物理方程。公式中的單位是指定的。有時(shí)，為了成批量的數(shù)據(jù)處理，需要將公式中的物理量以新單位表示。0.6.2經(jīng)驗(yàn)公式（數(shù)字公式）換算有些公式是根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到這類公式換算的原則是：原來給出的公式是成立的，故應(yīng)將新單位下的物理量（加“′”表示）還原到公式所要求的單位后，將還原后的物理量代入原公式，再變化。此為“還原”法則。這類公式換算的原則是：原來給出的公式是成立的，故應(yīng)將新單位下例：總傳熱系數(shù)K的經(jīng)驗(yàn)式為：式中

：K——BTU/(ft2·h·oF)；u——ft/s。將公式換算成新單位表示K——W/(m2·K)，u——m/s。例：總傳熱系數(shù)K的經(jīng)驗(yàn)式為：食品工程原理(課堂)課件食品工程原理(課堂)課件經(jīng)驗(yàn)公式也可將數(shù)字部分按物理方程左右單位一致的原則配上單位后，然后由舊單位向新單位換算，結(jié)論一致，但不可以將原公式中的變量符號(hào)配上原單位向新單位轉(zhuǎn)化。經(jīng)驗(yàn)公式也可將數(shù)字部分按物理方程左右單位一致的原則配上單位后轉(zhuǎn)化后的變量符號(hào)的單位還是原單位，其與轉(zhuǎn)化后相關(guān)聯(lián)數(shù)字相乘的共同單位才是新單位。與之相乘的數(shù)字有單位（課后請(qǐng)大家試一試）。初學(xué)者一般會(huì)換算錯(cuò)，應(yīng)小心。轉(zhuǎn)化后的變量符號(hào)的單位還是原單位，其與轉(zhuǎn)化后相關(guān)聯(lián)數(shù)字相乘的0.7物料衡算物料衡算方法是本課程常用方法，應(yīng)熟練掌握。根據(jù)衡算范圍內(nèi)（也稱控制體）進(jìn)出的物料量的關(guān)系，寫出方程（選好時(shí)間基準(zhǔn)：1s、1h等）。輸入＝輸出＋積累0.7物料衡算物料衡算方法是本課程常用方法，應(yīng)熟練掌握。對(duì)穩(wěn)態(tài)過程（參數(shù)不隨時(shí)間變化的過程）對(duì)不穩(wěn)態(tài)過程，一般列出微元時(shí)間

內(nèi)的物料衡算式求解。使用方法見以后各章。對(duì)穩(wěn)態(tài)過程（參數(shù)不隨時(shí)間變化的過程）0.8能量衡算與物料衡算方法相似也是本門課程的基本方法之一。必須熟練掌握。在以后的單元操作中會(huì)反復(fù)用到。0.8能量衡算與物料衡算方法相似0.9過程速率過程速率速率=這一表達(dá)式也是本門課的基本表達(dá)方法之一，需熟練運(yùn)用。如用通量，分母為阻力強(qiáng)度。0.9過程速率過程速率0.10平衡關(guān)系平衡關(guān)系涉及過程的方向、推動(dòng)力大小及極限、是三傳的基本問題。如氣液平衡、萃取平衡、液固平衡（洗衣服）、干燥平衡、傳熱平衡等。0.10平衡關(guān)系平衡關(guān)系涉及過程的方向、推動(dòng)力大小及極限附帶：作業(yè)要求：（1）抄題目；（2）寫出已知，求解，同時(shí)換算；（3）畫示意圖標(biāo)明已知參數(shù)；（4）寫出公式，代入對(duì)應(yīng)的數(shù)值、等于結(jié)果；連續(xù)運(yùn)算、小數(shù)點(diǎn)保留2～3位，注意有效數(shù)字計(jì)算。附帶：作業(yè)要求：1流體流動(dòng)食品工程原理(課堂)課件

1流體流動(dòng)（FluidFlow）

流體流動(dòng)是討論單元操作的基礎(chǔ)。“三傳”即動(dòng)量、熱量和（物）質(zhì)量傳遞有本質(zhì)的內(nèi)在聯(lián)系，都與流體的流動(dòng)密切相關(guān)。食品生產(chǎn)涉及各種流體輸送問題，需要研究流體的流動(dòng)規(guī)律以便進(jìn)行管路設(shè)計(jì)、輸送機(jī)械的選擇以及所需功率的計(jì)算。

1流體流動(dòng)（FluidFlow）

流體流動(dòng)是討論單傳熱傳質(zhì)大多在流動(dòng)條件下進(jìn)行，流動(dòng)對(duì)過程有著重要影響。緒論中已經(jīng)講過，學(xué)會(huì)了流體流動(dòng)（動(dòng)量傳遞）的規(guī)律后，可類比學(xué)習(xí)其余兩傳。本課程首先研究流體流動(dòng)規(guī)律。傳熱傳質(zhì)大多在流動(dòng)條件下進(jìn)行，流動(dòng)對(duì)過程有著重要影響。

1.1與流體有關(guān)的幾個(gè)基礎(chǔ)概念

1.1.1流體的連續(xù)性假定

流體是液體和氣體的總稱。以分子尺度考察流體流動(dòng)將非常復(fù)雜，不實(shí)用，因?yàn)椴贿B續(xù)隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的表達(dá)復(fù)雜，邊界條件和初始條件需要確定，數(shù)學(xué)公式求解困難。取流體質(zhì)點(diǎn)（微團(tuán)）作為最小考察對(duì)象。

1.1與流體有關(guān)的幾個(gè)基礎(chǔ)概念

1.1.1流體的質(zhì)點(diǎn)：含有大量分子的流體微團(tuán)，其尺度遠(yuǎn)小于設(shè)備尺寸但又比分子自由程要大得多?？杉僭O(shè)流體是由大量質(zhì)點(diǎn)組成的，彼此間沒有空隙，完全充滿所占空間的連續(xù)介質(zhì)（高真空稀薄氣體不適用）。質(zhì)點(diǎn)：含有大量分子的流體微團(tuán)，其尺度遠(yuǎn)小于設(shè)備尺寸但又比分子

1.1.2體積力

作用于流體的每一質(zhì)點(diǎn)上，并與流體質(zhì)量成正比的力稱為體積力。流體密度均一時(shí)，質(zhì)量與體積成正比，故稱體積力。重力和離心力是典型的體積力。

1.1.2體積力

作用于流體的每一質(zhì)點(diǎn)上，并與流體質(zhì)

1.1.3表面力

與作用的表面積成正比的力稱為表面力。表面力可垂直也可平行于表面，分別稱為正壓力和剪力。單位面積上的正壓力稱為壓強(qiáng)（也稱壓力），單位面積上的剪力稱為剪應(yīng)力。

1.1.3表面力

與作用的表面積成正比的力稱為表面力

1.1.4流體壓強(qiáng)的表示方法

SI制單位為Pa，即N/m2，換算關(guān)系1bar=105Pa=100kPa1atm（物理大氣壓）=1.013×105Pa=101.3kPa=760mmHg=10.33mH2O

1.1.4流體壓強(qiáng)的表示方法

SI制單位為Pa，即N1kgf/cm2（工程大氣壓）=1at=9.81×104Pa=735.6mmHg=10mH2O 壓強(qiáng)的表示要注意表壓、真空度、絕壓、負(fù)壓等概念。1kgf/cm2（工程大氣壓）=1at

食品工程原理(課堂)課件提出問題：彈簧管壓強(qiáng)表如何測壓？壓強(qiáng)出現(xiàn)負(fù)值，代表什么含義？（彈簧管要抵消大氣壓作用，再伸張帶動(dòng)指針順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，故測到表壓。負(fù)壓表示所測壓強(qiáng)小于大氣壓，彈簧管收縮，指針逆時(shí)針反向旋轉(zhuǎn)。）提出問題：彈簧管壓強(qiáng)表如何測壓？壓強(qiáng)出現(xiàn)負(fù)值，代表什么含義？

1.1.5流體流動(dòng)中的機(jī)械能有位能（勢能）、動(dòng)能和壓強(qiáng)能。流體反抗一定的壓力流動(dòng)需要外界做功。如圖所示，體積為V的流體反抗壓強(qiáng)P壓入管中，行程為L，則外界所作功為：2011。9。3看

1.1.5流體流動(dòng)中的機(jī)械能有位能（勢能）、動(dòng)能和壓強(qiáng)

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1.2流體靜力學(xué)（Hydrostatics）

1.2.1流體的密度

1.2流體靜力學(xué)（Hydrostatics）

1.2食品工程原理(課堂)課件

1.2.2流體靜力學(xué)方程

取均勻、連續(xù)、靜止流體中的一個(gè)微元作受力分析，如圖所示。

1.2.2流體靜力學(xué)方程

取均勻、連續(xù)、靜止流體中的食品工程原理(課堂)課件食品工程原理(課堂)課件食品工程原理(課堂)課件知識(shí)擴(kuò)展：z軸方向力的平衡式中的（－g）等于（－mg/m），即單位質(zhì)量物體的體積力（在此為重力）在z方向分量，負(fù)號(hào)代表方向向下。知識(shí)擴(kuò)展：z軸方向力的平衡式中的（－g）等于（－mg/m），上述推導(dǎo)中X=0，Y=0，Z=－g，而針對(duì)更一般情形（如以后涉及的重力和旋轉(zhuǎn)力雙場）的推導(dǎo)，X和Y都不為零。上述推導(dǎo)中X=0，Y=0，Z=－g，而針對(duì)更一般情形（如以后食品工程原理(課堂)課件食品工程原理(課堂)課件食品工程原理(課堂)課件食品工程原理(課堂)課件食品工程原理(課堂)課件

1.2.3靜力學(xué)方程的應(yīng)用

1.2.3靜力學(xué)方程的應(yīng)用

（1）正裝傾斜管上的U型壓差計(jì)（1）正裝傾斜管上的U型壓差計(jì)食品工程原理(課堂)課件食品工程原理(課堂)課件食品工程原理(課堂)課件食品工程原理(課堂)課件（2）倒裝傾斜管上的U型壓差計(jì)（2）倒裝傾斜管上的U型壓差計(jì)食品工程原理(課堂)課件食品工程原理(課堂)課件食品工程原理(課堂)課件

1.3流體流動(dòng)的三個(gè)衡算方程（物料、能量、動(dòng)量衡算式）

1.3.1流體流動(dòng)的流量與流速及穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)過程

1.3流體流動(dòng)的三個(gè)衡算方程（物料、能量、動(dòng)量衡流速是單位橫截面上流過的流體量。流速是單位橫截面上流過的流體量。用G表示，單位為kg/(m2s)，表示流體以質(zhì)量計(jì)時(shí)的流通密度（或通量）。用G表示，單位為kg/(m2s)，表示流體以質(zhì)量計(jì)時(shí)的流通單位時(shí)間單位面積上的某物理量的具有的流通密度（或通量）的含義，參照體積的流通密度為流速，質(zhì)量計(jì)的流通密度為質(zhì)量流速，故以后涉及到流通密度的概念時(shí)，可理解成某物理量的“速度”含義。單位時(shí)間單位面積上的某物理量的具有的流通密度（或通量）的含義食品工程原理(課堂)課件流體流動(dòng)中，某物理量不隨時(shí)間變化，稱為穩(wěn)定流動(dòng)、穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。物理量隨時(shí)間變化的過程稱為非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。推廣到各過程，則有穩(wěn)態(tài)過程和非穩(wěn)態(tài)過程之分（能舉出例子嗎？）流體流動(dòng)中，某物理量不隨時(shí)間變化，稱為穩(wěn)定流動(dòng)、穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。

1.3.2穩(wěn)態(tài)流動(dòng)時(shí)的物料衡算方程——連續(xù)性方程

如圖所示的流動(dòng)，按質(zhì)量衡算方法（框內(nèi)）

1.3.2穩(wěn)態(tài)流動(dòng)時(shí)的物料衡算方程——連續(xù)性方程

如輸入控制體質(zhì)量＝積累質(zhì)量＋輸出質(zhì)量對(duì)穩(wěn)態(tài)過程，積累質(zhì)量＝0。輸入控制體質(zhì)量＝積累質(zhì)量＋輸出質(zhì)量食品工程原理(課堂)課件

1.3.3能量衡算式與Bernoulli（伯努利）方程（機(jī)械能衡算式）

(1)總能量衡算式食品工業(yè)（或化工類型生產(chǎn)過程）中常見的流體流動(dòng)過程如圖所示。在1-1截面（垂直于管道）、2-2截面和管道及設(shè)備壁面所圍范圍（衡算控制體）內(nèi)，設(shè)過程無電能、化學(xué)能等能量形式的輸入和輸出，過程穩(wěn)態(tài)。

1.3.3能量衡算式與Bernoulli（伯努利）方輸入輸出控制系統(tǒng)的物質(zhì)量為mkg，列出輸入、輸出能量。輸入輸出控制系統(tǒng)的物質(zhì)量為mkg，列出輸入、輸出能量。輸入能量：①位能mgz1；輸入能量：食品工程原理(課堂)課件輸出的能量：

①mgz2；輸出的能量：穩(wěn)態(tài)過程有：輸入能量＝輸出能量穩(wěn)態(tài)過程有：輸入能量＝輸出能量食品工程原理(課堂)課件食品工程原理(課堂)課件（2）機(jī)械能衡算式（Bernoulli方程）熱力學(xué)能和熱能不能直接轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎糜诹黧w輸送的機(jī)械能。可只考慮機(jī)械能衡算。（2）機(jī)械能衡算式（Bernoulli方程）實(shí)際流體因存在粘性，流動(dòng)過程中消耗機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，升高流體的溫度?，F(xiàn)因假設(shè)流體溫度不變，故需要將此機(jī)械能損耗看成是一種損失，而輸出到控制體之外，并設(shè)1kg流體機(jī)械能因內(nèi)摩擦的損耗而發(fā)生的損失為

(J/kg)，則得到流體流動(dòng)的機(jī)械能衡算式為：實(shí)際流體因存在粘性，流動(dòng)過程中消耗機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，升高流體食品工程原理(課堂)課件②BE的壓強(qiáng)可同時(shí)取絕壓，也可同時(shí)取表壓計(jì)算。③使用條件為穩(wěn)態(tài)、不可壓縮，連續(xù)流體時(shí)（汽化時(shí)，管道截面不滿不能用）。食品工程原理(課堂)課件④要按流動(dòng)方向列1-1截面和2-2截面，且兩個(gè)截面應(yīng)在已知參數(shù)較多的地方。1-1和2-2截面與流動(dòng)方向垂直，要指出具體位置如在管出口內(nèi)側(cè)還是外側(cè)（原因以后敘述）。⑤注意三種公式形式：④要按流動(dòng)方向列1-1截面和2-2截面，且兩個(gè)截面應(yīng)在已知參食品工程原理(課堂)課件食品工程原理(課堂)課件食品工程原理(課堂)課件在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，因管截面上各點(diǎn)速度不同，有速度分布，u取平均值，因工程上一般流動(dòng)為所謂的湍流（后述），以平均速度計(jì)算的動(dòng)能與動(dòng)能的平均值的校正系數(shù)為1。層流時(shí)動(dòng)能項(xiàng)前要乘系數(shù)2，但一般動(dòng)能項(xiàng)較小，故在使用中不加以校正。在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，因管截面上各點(diǎn)速度不同，有速度分布，u取平均值提出利用B、E解題的要點(diǎn)：（1）由題意，畫出示意圖。（2）確定控制體。注意以上討論的第（4）點(diǎn)。（3）選準(zhǔn)基準(zhǔn)面，要便于計(jì)算。提出利用B、E解題的要點(diǎn)：例題：用泵將貯池中的常溫下的水送至吸收塔頂部，貯液池水面維持恒定，各部分的相對(duì)位置如圖所示。輸水管的直徑為76×3mm，排出管出口的噴頭連接處的壓強(qiáng)為6.15×104Pa（表壓），送水量為34.5m3/h，水流經(jīng)全部管道（不包括噴頭）的能量損失為160J/kg。例題：用泵將貯池中的常溫下的水送至吸收塔頂部，貯液池水面維持食品工程原理(課堂)課件食品工程原理(課堂)課件食品工程原理(課堂)課件食品工程原理(課堂)課件食品工程原理(課堂)課件食品工程原理(課堂)課件食品工程原理(課堂)課件然后由dτ時(shí)間內(nèi)物料衡算列出微分方程，求解。然后由dτ時(shí)間內(nèi)物料衡算列出微分方程，求解。食品工程原理(課堂)課件針對(duì)dτ時(shí)間內(nèi)出入系統(tǒng)的水進(jìn)行衡算：輸入＝輸出＋積累針對(duì)dτ時(shí)間內(nèi)出入系統(tǒng)的水進(jìn)行衡算：食品工程原理(課堂)課件食品工程原理(課堂)課件食品工程原理編寫人：劉偉民教授

江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院食品科學(xué)與工程專業(yè)本科教學(xué)課件121食品工程原理編寫人：劉偉民教授江章目錄0緒論1流體流動(dòng)2流體輸送機(jī)械3流體經(jīng)顆粒的流動(dòng)4傳熱5蒸發(fā)6傳質(zhì)基礎(chǔ)和吸收7蒸餾8液液萃取

9干燥10冷凍章目錄0緒論6傳質(zhì)基礎(chǔ)和吸收0緒論

1230緒論

30.1食品工業(yè)生產(chǎn)過程由食品工業(yè)提供的食品種類繁多，如糖、煙、酒、奶粉、火腿腸、餅干、面包，等等。食品工業(yè)是對(duì)原料進(jìn)行物理、生物、化學(xué)加工，以獲取目標(biāo)食品的工業(yè)。物理加工當(dāng)然進(jìn)行的是物理操作，如粉碎、過濾、蒸發(fā)、加熱、冷卻、干燥等。0.1食品工業(yè)生產(chǎn)過程由食品工業(yè)提供的食品種類繁多，如糖對(duì)涉及生物、化學(xué)加工的食品加工過程而言，過程的核心應(yīng)當(dāng)是生物化學(xué)或化學(xué)反應(yīng)過程和設(shè)備（反應(yīng)器）。為了過程得以經(jīng)濟(jì)有效地進(jìn)行，反應(yīng)器中應(yīng)保持某些優(yōu)惠條件，如適宜的壓強(qiáng)、溫度、濃度、界面積。對(duì)涉及生物、化學(xué)加工的食品加工過程而言，過程的核心應(yīng)當(dāng)是生物原料必須經(jīng)過一系列的預(yù)處理，以除去雜質(zhì)，達(dá)到必要的純度、溫度、壓強(qiáng)、接觸面積等，這些過程稱為前處理。反應(yīng)物同樣需要經(jīng)過各種后處理過程加以精制，以獲得最終成品（或中間產(chǎn)品）。以啤酒生產(chǎn)過程為例，加以理解原料必須經(jīng)過一系列的預(yù)處理，以除去雜質(zhì)，達(dá)到必要的純度、溫度啤酒生產(chǎn)工藝麥汁煮沸原料麥芽、大米粉碎混合預(yù)浸糖化過濾酒花分離麥汁冷卻發(fā)酵啤酒過濾灌裝殺菌成品啤酒啤酒生產(chǎn)工藝麥汁煮沸原料麥芽、大米粉碎混合預(yù)浸糖化過濾酒花分上述流程中，糖化、發(fā)酵步驟是典型的生化反應(yīng)過程。其余前后處理中的操作步驟則以物理加工為主要特征，為反應(yīng)器中的過程提供優(yōu)惠條件，但它們卻占據(jù)生產(chǎn)過程的大部分，占據(jù)企業(yè)大部分的設(shè)備投資和操作費(fèi)用。上述流程中，糖化、發(fā)酵步驟是典型的生化反應(yīng)過程。食品工業(yè)中的物理過程或物理操作步驟，對(duì)食品工程師、科研人員及管理人員而言，非常重要。食品工業(yè)過程的這種特點(diǎn)同樣出現(xiàn)在化學(xué)工業(yè)、制藥工業(yè)等生產(chǎn)過程中，說明這一些類型的生產(chǎn)過程的處理原則可以是相似的。食品工業(yè)中的物理過程或物理操作步驟，對(duì)食品工程師、科研人員及生產(chǎn)過程的大部分操作是物理操作步驟。研究這類物理操作的原理，就成為幾個(gè)專業(yè)領(lǐng)域共同面臨的問題，需要有一門學(xué)科來系統(tǒng)討論出現(xiàn)的各種物理操作，以統(tǒng)一和簡化相關(guān)工業(yè)過程的描述。這門學(xué)科就是“單元操作”學(xué)生產(chǎn)過程的大部分操作是物理操作步驟。0.2單元操作

0.2.1單元操作的概念

食品、化工、制藥等生產(chǎn)過程中的各個(gè)基本的物理操作步驟或單元，如流體輸送、過濾、傳熱、蒸發(fā)、液體萃取、干燥、冷凍等就是單元操作。這些物理操作步驟是組成生產(chǎn)過程的基本單元，具有各自統(tǒng)一的原理、各自通用的設(shè)備。0.2單元操作

0.2.1單元操作的概念

食品將各單元操作從各種具體生產(chǎn)過程中抽出來進(jìn)行系統(tǒng)的研究和表達(dá)，就可以統(tǒng)一和簡化食品、化工、制藥等生產(chǎn)過程的描述。單元操作的英語定義將各單元操作從各種具體生產(chǎn)過程中抽出來進(jìn)行系統(tǒng)的研究和表達(dá)，Theunit-operationconceptisthis:bystudyingsystematicallythesephysicaloperationsthemselves——operationswhichclearlycrossindustryandprocesslines——thetreatmentofprocessesisunifiedandsimplified.工業(yè)和過程生產(chǎn)線按單元操作分割，以統(tǒng)一和簡化描述。Theunit-operationconceptis0.2.2單元操作的特點(diǎn)

都是物理操作；都是共有的操作；原理相同，設(shè)備通用（不同過程中，設(shè)備的個(gè)數(shù)和排列順序當(dāng)然可以不同）。0.2.2單元操作的特點(diǎn)

都是物理操作；0.3食品工程原理課程的兩條主線（1）統(tǒng)一的研究對(duì)象各單元操作最終歸于動(dòng)量、熱量、物質(zhì)量傳遞，故“三傳”是其統(tǒng)一的研究對(duì)象。動(dòng)量、熱量、物質(zhì)量都是物理量，在本質(zhì)上一致的物理量通量的求取是課程的一條主線。0.3食品工程原理課程的兩條主線（1）統(tǒng)一的研究對(duì)象（2）統(tǒng)一的研究方法實(shí)驗(yàn)研究法（量綱分析規(guī)劃）、半理論半經(jīng)驗(yàn)的數(shù)學(xué)模型法和純數(shù)學(xué)模型法是統(tǒng)一的研究方法，是課程的另一條主線。統(tǒng)一的研究對(duì)象和統(tǒng)一的研究方法使其成為一門學(xué)科（成為學(xué)科的兩個(gè)條件）。兩主線可合一（2）統(tǒng)一的研究方法現(xiàn)有教材編寫思路的揭示

單元操作類教材編寫和內(nèi)容理解主線揭示和創(chuàng)新示意圖選用動(dòng)量型設(shè)備需求出設(shè)備的動(dòng)量通量(指單位面積單位時(shí)間的動(dòng)量)運(yùn)用規(guī)律：動(dòng)量通量絕對(duì)值等于速度梯度乘比例系數(shù)動(dòng)力粘度或表觀動(dòng)力粘度寫成：動(dòng)量通量等于速度差除以動(dòng)量傳遞阻力選擇四方法之一求傳遞阻力（1）從牛頓粘性定律推（2）因次分析規(guī)劃試驗(yàn)測（3）數(shù)學(xué)模型輔助實(shí)驗(yàn)測（4）實(shí)驗(yàn)測掩蓋求通量完成選用設(shè)計(jì)計(jì)算選用熱量型設(shè)備需求出設(shè)備的熱量通量(指單位面積單位時(shí)間的熱量)運(yùn)用規(guī)律：熱量通量絕對(duì)值等于溫度梯度乘比例系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)或單位距離給熱系數(shù)寫成：熱量通量等于溫度差除以熱量傳遞阻力選擇四方法之一求傳遞阻力（1）從傅立葉導(dǎo)熱定律推（2）因次分析規(guī)劃試驗(yàn)測（3）數(shù)學(xué)模型輔助實(shí)驗(yàn)測（4）實(shí)驗(yàn)測掩蓋求通量完成選用設(shè)計(jì)計(jì)算選用傳質(zhì)型設(shè)備需求出設(shè)備的質(zhì)量通量(指單位面積單位時(shí)間的物質(zhì)量)運(yùn)用規(guī)律：質(zhì)量通量絕對(duì)值等于濃度梯度乘比例系數(shù)擴(kuò)算系數(shù)或單位距離傳質(zhì)系數(shù)寫成：質(zhì)量通量等于濃度差除以物質(zhì)量傳遞阻力選擇四方法之一求傳遞阻力（1）從菲克擴(kuò)散定律推（2）因次分析規(guī)劃試驗(yàn)測（3）數(shù)學(xué)模型輔助實(shí)驗(yàn)測（4）實(shí)驗(yàn)測掩蓋求通量完成選用設(shè)計(jì)計(jì)算選用或設(shè)計(jì)設(shè)備需求設(shè)備的物理量通量(物理量指動(dòng)量、熱量、物質(zhì)量)運(yùn)用規(guī)律：物理量通量絕對(duì)值等于物理量濃度（指單位體積物理量）梯度乘系數(shù)寫成：通量等于物理量濃度差除以傳遞阻力選擇四方法之一求傳遞阻力（1）從三個(gè)基本定律推導(dǎo)（2）因次分析規(guī)劃試驗(yàn)測（3）數(shù)學(xué)模型輔助實(shí)驗(yàn)測（4）實(shí)驗(yàn)測掩蓋求通量完成選用設(shè)計(jì)計(jì)算創(chuàng)新的主線現(xiàn)有教材編寫思路的揭示單元操作類教材編寫和內(nèi)容理解主線揭示0.4食品工程原理課程要解決的問題過程和設(shè)備的選擇（例：井水如何送到五樓？）設(shè)備的設(shè)計(jì)（粉塵回收的旋風(fēng)分離器無合適的可選，如何自己設(shè)計(jì)？）順利操作和解決出現(xiàn)的問題（換熱器用長時(shí)間，工藝不達(dá)標(biāo)，什么原因？）0.4食品工程原理課程要解決的問題過程和設(shè)備的選擇（例：0.5食品工程原理和化工原理的對(duì)比化工原理是化學(xué)工程專業(yè)發(fā)展形成的系統(tǒng)闡述化工單元操作的一門學(xué)科，在國外最早就稱單元操作，研究普遍性單元操作原理。將化工原理引入到食品工業(yè)中，形成食品工程原理。因食品工業(yè)的一些特殊性，而具有特殊點(diǎn)。0.5食品工程原理和化工原理的對(duì)比化工原理是化學(xué)工程專業(yè)食品物料的特點(diǎn)及其對(duì)加工的要求是：（1）熱敏性和氧化變質(zhì)

要求低溫、缺氧條件。更多用：真空輸送、真空過濾、真空脫氣、真空冷卻、真空蒸發(fā)、真空結(jié)晶、真空干燥、真空蒸餾、真空包裝、冷凍濃縮、冷凍干燥等。食品物料的特點(diǎn)及其對(duì)加工的要求是：（2）易腐敗性

要求濃縮食品、干制食品、冷凍食品和速凍食品成為主要形式。更多用冷凍濃縮、半透膜濃縮、輻射干燥、冷凍升華干燥、低溫冷凍、速凍等單元操作。（2）易腐敗性（3）物料多為固態(tài)和液態(tài)，化工多為氣態(tài)。有關(guān)提取、分離、凈制以及混合、乳化、粉碎等單元操作占有相當(dāng)重要的地位。同時(shí)應(yīng)用吸附離子交換、浸出、過濾分離以及膜分離、超臨界流體萃取等單元操作。（4）非牛頓流體是主要形式，與牛頓流體不同。（3）物料多為固態(tài)和液態(tài)，化工多為氣態(tài)。食品工程原理將化工原理的普遍性知識(shí)“三傳”運(yùn)用到具有特殊性要求的食品行業(yè)中，形成了能夠解決食品工程問題的知識(shí)體系和研究方法，成為一門新的學(xué)科。在真空技術(shù)、冷凍技術(shù)、結(jié)晶、膜分離、分子蒸餾、超臨界流體技術(shù)等方面得到更深的發(fā)展。食品工程原理將化工原理的普遍性知識(shí)“三傳”運(yùn)用到具有特殊性要0.6單位換算學(xué)科在形成過程中，使用過各種單位制，要能熟練換算（用于看資料）。SI制七種基本單位及符號(hào)：長度m、質(zhì)量kg、時(shí)間s，熱力學(xué)溫度K、發(fā)光強(qiáng)度cd“坎德拉”、電流強(qiáng)度A、物質(zhì)量mol。國家法定計(jì)量單位（SI單位加我國承認(rèn)的幾種）。0.6單位換算學(xué)科在形成過程中，使用過各種單位制，要能熟0.6.1物理量的單位換算0.6.1物理量的單位換算兩個(gè)相同的物理量之比為純數(shù)1，其數(shù)字部分即為換算因數(shù)，但要將目標(biāo)（要換算到的單位）單位的物理量放在分子上，用此法不容易產(chǎn)生錯(cuò)誤。例：工程單位制中，基本物理量是長度(m)、時(shí)間(s)和力(kgf)，而質(zhì)量是導(dǎo)出量，問其單位？將工程制的質(zhì)量換為SI制kg換算因數(shù)怎么寫？兩個(gè)相同的物理量之比為純數(shù)1，其數(shù)字部分即為換算因數(shù)，但要將解：食品工程原理(課堂)課件常見物理量的換算因數(shù)見課本附錄。但最好記?。海?）1kg=2.2b（磅）（2）1m=3.28ft（英尺）≈3.3ft（3）1kg(f)=9.81N（4）1N=105dyn（5）1BTU=1055J（用≈1kJ記，用水的比熱換算：食品工程原理(課堂)課件（6）1cal=4.187J（7）1℃溫差=1.8oF溫差＝1K溫差關(guān)于溫度有攝氏溫度（Celsius-scale）、華氏（Fahrenheit）、蘭氏（Rankine）和熱力溫度（K），換算關(guān)系用下圖記憶：（6）1cal=4.187J食品工程原理(課堂)課件0.6.2經(jīng)驗(yàn)公式（數(shù)字公式）換算有些公式是根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的實(shí)驗(yàn)規(guī)律的總結(jié)，但不是物理方程。公式中的單位是指定的。有時(shí)，為了成批量的數(shù)據(jù)處理，需要將公式中的物理量以新單位表示。0.6.2經(jīng)驗(yàn)公式（數(shù)字公式）換算有些公式是根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到這類公式換算的原則是：原來給出的公式是成立的，故應(yīng)將新單位下的物理量（加“′”表示）還原到公式所要求的單位后，將還原后的物理量代入原公式，再變化。此為“還原”法則。這類公式換算的原則是：原來給出的公式是成立的，故應(yīng)將新單位下例：總傳熱系數(shù)K的經(jīng)驗(yàn)式為：式中

：K——BTU/(ft2·h·oF)；u——ft/s。將公式換算成新單位表示K——W/(m2·K)，u——m/s。例：總傳熱系數(shù)K的經(jīng)驗(yàn)式為：食品工程原理(課堂)課件食品工程原理(課堂)課件經(jīng)驗(yàn)公式也可將數(shù)字部分按物理方程左右單位一致的原則配上單位后，然后由舊單位向新單位換算，結(jié)論一致，但不可以將原公式中的變量符號(hào)配上原單位向新單位轉(zhuǎn)化。經(jīng)驗(yàn)公式也可將數(shù)字部分按物理方程左右單位一致的原則配上單位后轉(zhuǎn)化后的變量符號(hào)的單位還是原單位，其與轉(zhuǎn)化后相關(guān)聯(lián)數(shù)字相乘的共同單位才是新單位。與之相乘的數(shù)字有單位（課后請(qǐng)大家試一試）。初學(xué)者一般會(huì)換算錯(cuò)，應(yīng)小心。轉(zhuǎn)化后的變量符號(hào)的單位還是原單位，其與轉(zhuǎn)化后相關(guān)聯(lián)數(shù)字相乘的0.7物料衡算物料衡算方法是本課程常用方法，應(yīng)熟練掌握。根據(jù)衡算范圍內(nèi)（也稱控制體）進(jìn)出的物料量的關(guān)系，寫出方程（選好時(shí)間基準(zhǔn)：1s、1h等）。輸入＝輸出＋積累0.7物料衡算物料衡算方法是本課程常用方法，應(yīng)熟練掌握。對(duì)穩(wěn)態(tài)過程（參數(shù)不隨時(shí)間變化的過程）對(duì)不穩(wěn)態(tài)過程，一般列出微元時(shí)間

內(nèi)的物料衡算式求解。使用方法見以后各章。對(duì)穩(wěn)態(tài)過程（參數(shù)不隨時(shí)間變化的過程）0.8能量衡算與物料衡算方法相似也是本門課程的基本方法之一。必須熟練掌握。在以后的單元操作中會(huì)反復(fù)用到。0.8能量衡算與物料衡算方法相似0.9過程速率過程速率速率=這一表達(dá)式也是本門課的基本表達(dá)方法之一，需熟練運(yùn)用。如用通量，分母為阻力強(qiáng)度。0.9過程速率過程速率0.10平衡關(guān)系平衡關(guān)系涉及過程的方向、推動(dòng)力大小及極限、是三傳的基本問題。如氣液平衡、萃取平衡、液固平衡（洗衣服）、干燥平衡、傳熱平衡等。0.10平衡關(guān)系平衡關(guān)系涉及過程的方向、推動(dòng)力大小及極限附帶：作業(yè)要求：（1）抄題目；（2）寫出已知，求解，同時(shí)換算；（3）畫示意圖標(biāo)明已知參數(shù)；（4）寫出公式，代入對(duì)應(yīng)的數(shù)值、等于結(jié)果；連續(xù)運(yùn)算、小數(shù)點(diǎn)保留2～3位，注意有效數(shù)字計(jì)算。附帶：作業(yè)要求：1流體流動(dòng)食品工程原理(課堂)課件

1流體流動(dòng)（FluidFlow）

流體流動(dòng)是討論單元操作的基礎(chǔ)?！叭齻鳌奔磩?dòng)量、熱量和（物）質(zhì)量傳遞有本質(zhì)的內(nèi)在聯(lián)系，都與流體的流動(dòng)密切相關(guān)。食品生產(chǎn)涉及各種流體輸送問題，需要研究流體的流動(dòng)規(guī)律以便進(jìn)行管路設(shè)計(jì)、輸送機(jī)械的選擇以及所需功率的計(jì)算。

1流體流動(dòng)（FluidFlow）

流體流動(dòng)是討論單傳熱傳質(zhì)大多在流動(dòng)條件下進(jìn)行，流動(dòng)對(duì)過程有著重要影響。緒論中已經(jīng)講過，學(xué)會(huì)了流體流動(dòng)（動(dòng)量傳遞）的規(guī)律后，可類比學(xué)習(xí)其余兩傳。本課程首先研究流體流動(dòng)規(guī)律。傳熱傳質(zhì)大多在流動(dòng)條件下進(jìn)行，流動(dòng)對(duì)過程有著重要影響。

1.1與流體有關(guān)的幾個(gè)基礎(chǔ)概念

1.1.1流體的連續(xù)性假定

流體是液體和氣體的總稱。以分子尺度考察流體流動(dòng)將非常復(fù)雜，不實(shí)用，因?yàn)椴贿B續(xù)隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的表達(dá)復(fù)雜，邊界條件和初始條件需要確定，數(shù)學(xué)公式求解困難。取流體質(zhì)點(diǎn)（微團(tuán)）作為最小考察對(duì)象。

1.1與流體有關(guān)的幾個(gè)基礎(chǔ)概念

1.1.1流體的質(zhì)點(diǎn)：含有大量分子的流體微團(tuán)，其尺度遠(yuǎn)小于設(shè)備尺寸但又比分子自由程要大得多?？杉僭O(shè)流體是由大量質(zhì)點(diǎn)組成的，彼此間沒有空隙，完全充滿所占空間的連續(xù)介質(zhì)（高真空稀薄氣體不適用）。質(zhì)點(diǎn)：含有大量分子的流體微團(tuán)，其尺度遠(yuǎn)小于設(shè)備尺寸但又比分子

1.1.2體積力

作用于流體的每一質(zhì)點(diǎn)上，并與流體質(zhì)量成正比的力稱為體積力。流體密度均一時(shí)，質(zhì)量與體積成正比，故稱體積力。重力和離心力是典型的體積力。

1.1.2體積力

作用于流體的每一質(zhì)點(diǎn)上，并與流體質(zhì)

1.1.3表面力

與作用的表面積成正比的力稱為表面力。表面力可垂直也可平行于表面，分別稱為正壓力和剪力。單位面積上的正壓力稱為壓強(qiáng)（也稱壓力），單位面積上的剪力稱為剪應(yīng)力。

1.1.3表面力

與作用的表面積成正比的力稱為表面力

1.1.4流體壓強(qiáng)的表示方法

SI制單位為Pa，即N/m2，換算關(guān)系1bar=105Pa=100kPa1atm（物理大氣壓）=1.013×105Pa=101.3kPa=760mmHg=10.33mH2O

1.1.4流體壓強(qiáng)的表示方法

SI制單位為Pa，即N1kgf/cm2（工程大氣壓）=1at=9.81×104Pa=735.6mmHg=10mH2O 壓強(qiáng)的表示要注意表壓、真空度、絕壓、負(fù)壓等概念。1kgf/cm2（工程大氣壓）=1at

食品工程原理(課堂)課件提出問題：彈簧管壓強(qiáng)表如何測壓？壓強(qiáng)出現(xiàn)負(fù)值，代表什么含義？（彈簧管要抵消大氣壓作用，再伸張帶動(dòng)指針順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，故測到表壓。負(fù)壓表示所測壓強(qiáng)小于大氣壓，彈簧管收縮，指針逆時(shí)針反向旋轉(zhuǎn)。）提出問題：彈簧管壓強(qiáng)表如何測壓？壓強(qiáng)出現(xiàn)負(fù)值，代表什么含義？

1.1.5流體流動(dòng)中的機(jī)械能有位能（勢能）、動(dòng)能和壓強(qiáng)能。流體反抗一定的壓力流動(dòng)需要外界做功。如圖所示，體積為V的流體反抗壓強(qiáng)P壓入管中，行程為L，則外界所作功為：2011。9。3看

1.1.5流體流動(dòng)中的機(jī)械能有位能（勢能）、動(dòng)能和壓強(qiáng)

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1.2流體靜力學(xué)（Hydrostatics）

1.2.1流體的密度

1.2流體靜力學(xué)（Hydrostatics）

1.2食品工程原理(課堂)課件

1.2.2流體靜力學(xué)方程

取均勻、連續(xù)、靜止流體中的一個(gè)微元作受力分析，如圖所示。

1.2.2流體靜力學(xué)方程

取均勻、連續(xù)、靜止流體中的食品工程原理(課堂)課件食品工程原理(課堂)課件食品工程原理(課堂)課件知識(shí)擴(kuò)展：z軸方向力的平衡式中的（－g）等于（－mg/m），即單位質(zhì)量物體的體積力（在此為重力）在z方向分量，負(fù)號(hào)代表方向向下。知識(shí)擴(kuò)展：z軸方向力的平衡式中的（－g）等于（－mg/m），上述推導(dǎo)中X=0，Y=0，Z=－g，而針對(duì)更一般情形（如以后涉及的重力和旋轉(zhuǎn)力雙場）的推導(dǎo)，X和Y都不為零。上述推導(dǎo)中X=0，Y=0，Z=－g，而針對(duì)更一般情形（如以后食品工程原理(課堂)課件食品工程原理(課堂)課件食品工程原理(課堂)課件食品工程原理(課堂)課件食品工程原理(課堂)課件

1.2.3靜力學(xué)方程的應(yīng)用

1.2.3靜力學(xué)方程的應(yīng)用

（1）正裝傾斜管上的U型壓差計(jì)（1）正裝傾斜管上的U型壓差計(jì)食品工程原理(課堂)課件食品工程原理(課堂)課件食品工程原理(課堂)課件食品工程原理(課堂)課件（2）倒裝傾斜管上的U型壓差計(jì)（2）倒裝傾斜管上的U型壓差計(jì)食品工程原理(課堂)課件食品工程原理(課堂)課件食品工程原理(課堂)課件

1.3流體流動(dòng)的三個(gè)衡算方程（物料、能量、動(dòng)量衡算式）

1.3.1流體流動(dòng)的流量與流速及穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)過程

1.3流體流動(dòng)的三個(gè)衡算方程（物料、能量、動(dòng)量衡流速是單位橫截面上流過的流體量。流速是單位橫截面上流過的流體量。用G表示，單位為kg/(m2s)，表