食品工程原理 流体流动1.1

目录第1章流体流动与输送设备第一节流体静力学·····················································第二节流体动力学····················································第三节管内流体流动现象··············································第四节流体流动阻力··················································第五节管路计算······················································第六节流速与流量的测量··············································第七节流体输送设备··················································第2章传热······························································第一节概述·····························································第二节热传导···························································第三节对流传热·························································第四节传热计算·························································第五节对流传热系数关联式···············································第六节辐射传热························································第七节换热器··························································第4章非均相物系分离·····················································第一节概述···························································第二节颗粒沉降·······················································第三节过滤····························································第四节过程强化与展望·················································第5章干燥······························································第一节概述·····························································第二节湿空气的性质及湿度图·············································第三节干燥过程的物料衡算与热量衡算·····································第四节干燥速率和干燥时间···············································第五节干燥器···························································第六节过程强化与展望···················································第1章 流体流动与输送设备第一节 流体静力学流体静力学主要研究流体处于静止时各种物理量的变化规律。

思考题与习题参考答案绪论一、填空1、经济核算2、物料衡算、经济核算、能量核算、物系的平衡关系、传递速率3、液体输送、离心沉降、混合、热交换、蒸发、喷雾干燥二、简答1、在食品工程原理中，将这些用于食品生产工艺过程所共有的基本物理操作过程成为单元操作。

例如，奶粉的加工从原料乳的验收开始，需要经过预热杀菌、调配、真空浓缩、过滤、喷雾干燥等过程；再如，酱油的加工，也包含大豆的浸泡、加热、杀菌、过滤等工序，这两种产品的原料、产品形式、加工工艺都有较大的不同，但却包含了流体的输送、物质的分离、加热等相同的物理操作过程。

2、“三传理论”即动量传递、热量传递和质量传递。

（1）动量传递理论。

随着对单元操作的不断深入研究，人们认识到流体流动是一种动量传递现象，也就是流体在流动过程中，其内部发生动量传递。

所以凡是遵循流体流动基本规律的单元操作都可以用动量传递理论去研究。

（2）热量传递理论。

物体在加热或者冷却的过程中都伴随着热量的传递。

凡是遵循传热基本规律的单元操作都可以用热量传递的理论去研究。

（3）质量传递理论。

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都可以用质量传递的理论去研究。

例如，啤酒的灭菌（热量传递），麦芽的制备（动量传递，热量传递，质量传递）等。

三传理论是单元操作的理论基础，单元操作是三传理论具体应用。

3、单元操作中常用的基本概念有物料衡算、能量衡算、物系的平衡关系、传递速率和经济核算。

物料衡算遵循质量守恒定律，是指对于一个生产加工过程，输入的物料总量必定等于输出的物料总质量与积累物料质量之和。

能量衡算的依据是能量守恒定律，进入过程的热量等于离开的热量和热量损失之和。

平衡状态是自然界中广泛存在的现象。

平衡关系可用来判断过程能否进行，以及进行的方向和能达到的限度。

过程的传递速率是决定化工设备的重要因素，传递速率增大时，设备尺寸可以减小。

为生产定量的某种产品所需要的设备，根据设备的型式和材料的不同，可以有若干设计方案。

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。

精彩章节展示0 绪论0.1 食品工业生产过程及单元操作概念0.1.1 食品工业生产过程食品工业提供的产品种类繁多，如糖、烟、酒、油、盐、面粉、茶、奶粉、牛奶、火腿肠、饼干、面包、纯净水、脱水蔬菜，等等。

食品工业生产过程是对食品原料进行物理、生物、化学、生物化学等的加工或操作，以获取食品成品或中间产品的过程。

有些食品工业生产过程通过一个或多个纯物理过程即可得到成品或中间产品，此类生产过程被划分成一个或多个物理操作步骤或称操作单元。

另有一些食品工业生产过程，涉及生物、化学、生物化学等加工或以这些加工为主，过程的核心应当是生物、化学等反应和反应器。

为了过程能经济有效地进行，反应器中应保持某些优化操作条件，如适宜的压强、温度、浓度、界面积等，食品原料必须经过一系列的预处理，以除去杂质，达到必要的纯度、温度、压强、接触面积等，这些过程可称为前处理。

反应物同样需要经过各种后处理过程加以精制，以获得最终成品或中间产品。

反应前后的处理过程涉及的操作仍是物理操作，且占过程总操作的比例较大，所耗设备费和操作费在总费用中所占比例也就较大。

以啤酒生产过程为例，从原料到产品经历下述过程：原料麦芽、大米粉碎→混合预浸→糊化、糖化→过滤→ 麦汁煮沸定浓→酒花分离→麦汁冷却→发酵→啤酒过滤→灌装→杀菌→成品啤酒，糖化、发酵过程是典型的具有化学、生物特征的过程，其余前后处理的操作步骤或操作单元则以物理操作为主要特征，为糖化和发酵提供优化条件以及用于得到成品，在啤酒生产过程中所占比例较大，消耗了啤酒生产企业较多的设备投资和操作费用。

对整个食品工业生产过程而言，物理操作步骤或操作单元非常重要。

0.1.2 单元操作食品工业生产过程和类似的其他工业生产过程如化工、石油、制药、生物工程、材料等生产过程可统称为化工类型生产过程。

化工类型生产过程中都包含有各类物理操作步骤，这些物理操作步骤称为单元操作（unit operation），如流体输送、粉碎、均质、乳化、搅拌、过滤、沉降、离心分离、加热、冷却、蒸发、结晶、冷冻、吸附、脱气、萃取、浸提、蒸馏、干燥、膜分离等。

《食品工程原理》教学大纲一、本课程的教学目标和任务本课程为食品专业的必修专业基础课。

课程内容主要包括动量传递、热量传递和质量传递的三大传递理论及其在食品工程中的应用，即研究食品工程单元操作的基本原理与应用。

动量传递内容包括流体力学和流体输送机械（泵与风机）的选用、颗粒与流体间的相对运动；热量传递内容包括传热学和蒸发操作等；质量传递内容包括传质过程、吸收与蒸馏、吸附与离子交换，浸出与萃取等单元操作；此外还包括热、质同时传递的过程，如食品的干燥等。

食品工程原理是一门主要研究食品加工过程的技术原理与工程实现的应用基础课程，与机械工程、化学工程等学科的有关课程密切相关，其基础涉及数学、物理、力学、热力学、传热学和传质学等。

本课程以单元操作为主线，研究食品加工过程的有关理论与工程方法，为食品科学与工程及相近专业的学生和工程技术人员学习研究提供参考。

二、本课程的教学要求食品工程原理是食品科学与工程及其相近专业的一门十分重要的专业基础课程，在创新人才培养中具有举足轻重的地位。

由于课程涉及的知识面宽，对理论分析、设计计算、实验探索、工程经验的贯通融合和创新应用方面要求很高。

学习中要注重逐步树立学生的工程观念，从先进实用、安全可靠、经济方便、节能减排等方面认真掌握单元操作和工程系统集成方面的知识。

1．注重培养学生的工程设计和应用的能力。

食品加工工艺千变万化，其实现的途径又可以多种多样，所以要树立学生的工程观念，能够根据生产工艺要求和物料特性，合理地选择单元操作及相应的设备，完成过程分析、设计计算，努力使系统集成达到最优化。

2.注重培养学生的数据攫取能力。

食品工程原理学科研究的历史短，基础数据十分缺乏。

如何通过网络或资料查取有参考价值的数据，或者通过实验测取、生产现场查定相关数据、是进行良好的食品工程设计的重要前提。

3.注重培养学生的实验能力。

学习实验设计、单元操作实验、数据处理、误差分析方法，提高学生的动手能力和实验技能。

第一章 流体流动和输送总课时：18学时第一节 流体的物理性质【考核知识点和考核要求】 了解：流体的压缩性理解：连续性假定、流体密度；流体的黏度 掌握：牛顿粘性定律 【本节课时分配】1节 【具体讲授内容】一、连续介质假定（理解）流体：可以自由流动，无固定形态的物体。

（气体、液体、超临界液体）超临界液（流）体(SCF)技术中的SCF 是指温度和压力均高于临界点的流体,如二氧化碳、氨、乙烯、丙烷、丙烯、水等。

高于临界温度和临界压力而接近临界点的状态称为超临界状态。

处于超临界状态时，气液两相性质非常相近，以至无法分别，所以称之为SCF 。

流体是由大量的彼此间无间隙的流体质点组成，流体质点连续布满整个流体空间，从而流体的物理性质和运动参数在空间上也是连续分布的，这就是连续介质假定。

连续介质假定对绝大多数数流体都适用。

二、流体密度（理解）流体的密度是单位体积流体所具有的质量。

ρ的单位为kg/m 3。

密度的倒数称为比体积或比容，单位为m 3/kg 。

Vm =ρ 流体的密度是压强和温度的函数。

但压强对液体的密度影响很小，通常可忽略不计，因此液体的密度可仅视为温度的函数。

（不可压缩性）气体的密度随压强和温度而改变，其值可用气体状态方程进行计算。

在气体的温度不太低而压强也不太高的情况下，可用理想气体状态方程计算：RT M m nRT pV ==→RTPM=ρ 混合气体用加成法则：∑==RTPM x mvi i m ρρ ∑=i i m y M M 三、流体的压缩性和温度膨胀性（了解） 将温度一定时，由压强变化引起体积发生相对变化的性质称为流体的可压缩性；而压强一定时，由温度变化引起体积发生相对变化的性质称为流体的温度膨胀性。

液体和气体的区别液体在受压时体积基本不变，称为不可压缩流体。

受热时体积略膨胀。

气体的可压缩性很大，在受热时体积急剧膨胀。

（解释：气体的分子平均动能远远大于分子间相互作用势能，因此表现出易流动、可压缩和易膨胀的宏观性质。