食品工程原理思考题与习题

2物料粉碎时所受到的作用力包括( )、( )和( )三种。 3粉碎操作方法包括( )、( )、( )和( )四种。 4磨齿排列有四种方式,即( )、( )、( )和( )。 5整个混合过程存在( )、( )和( )三种混合方式。 6从结构来看,桨叶有( )、( )、( )和( )四种形式。

7固体混合机按照结构可分为( )和( )两种;按照操作方式可分为( )和( )。 8乳化液形成的方法基本上可分为( )和( )两种。 9均质机按其结构及上作原理大致可分为( )、( )、( )。 三、选择

1 对于中粉碎,成品粒度范围为( )。

A. 5-50mm B. 5-10mm C. 100μm以下 2 对于立方体形颗粒,球形度φs为( )。

A.1 B. 0.806 C. 0.65 3 当乳化剂的亲水亲油平衡值(HLB)( )时,此乳化剂为亲水性乳化剂。 A. >10 B. <10 C. =10 四、简答

1 食品加工中如何选用粉碎机? 2 筛面的运动方式有哪些?

3 简述固体混和中的离析现象及防止方法。 4 影响乳化液稳定性的主要因素有哪些? 5 乳化单元操作中乳化剂的作用有哪些? 6 简述肢体磨的结构及工作原理。

第六章 传热学

一、名词解释 1 对流传热 2 自然对流 3 强制对流 4 热辐射 5 黑体

二、填空

1 常用的列管换热器的温度补偿方式有( )、( )和( )等。 2 强化传热的途径主要有( )、( )和( )等

3 热传导是借助于( )来进行热量的传递的。热传导主要发生在( )或( )中。 4 热量的传递是由于( )而引起的。根据传热原理,传热有( )、( )和( )三种

方式。

5 在对流传热中,雷诺准数等于( ),它表示( )。 6 在对流传热中,努塞尔准数等于( ),它表示( )。 7 影响对流传热的因素主要有( )、( )、( )和( )等。 8 用冷却水将一定量的热流体由100℃冷却到40℃,冷却水初温为15℃, 在设计列管式

换热器时,采用两种方案比较,方案I是令冷却水终温为30℃, 方案II是令冷却水终

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温为35℃,则用水量 W1( )W2,所需传热面积A1( )A2(大于、小于、等于)。 冷热水通过间壁换热器换热,热水进口温度为90℃,出口温度为50℃,冷水进口温度为15℃,出口温度为53℃,冷热水的流量相同,则热损失占传热量的( )%(冷热水物性数据视为相同)

三、选择

1 在与等温面垂直的方向上,( )

A.温度梯度最大 B.温度梯度较小 C.没有温度梯度

2 液体的沸腾传热应控制在( )区,以获得较大的传热膜系数. A.核状沸腾;B.膜状沸腾;C.自然对流

3 在相同传热面积条件下,逆流操作时所需加热剂用量较并流操作( ). A.多;B.少;C.相同

4 间壁式换热器任一侧流体的对流换热过程中, 热阻主要集中在( ). A.间壁本身;B.层流底层;C.湍流主体

5 已知圆筒壁(外半径为r3)上两层保温材料的温度分布曲线如图示:A 层的导热系数 ( )B层的导热系数;应将( )放在内层保温效果好。(A,B 两层厚度相等)。 A. 等于 B. 大于 C. 小于 D. A 层

四、简答

1 简述影响对流传热系数的因素。

2 举例说明板式换热器在食品中的应用。

3 根据传热速率方程简述影响间壁式换热器的因素。 4 举例说明套管式换热器在食品中的应用。 5 简述套式换热器的特点及其应用。

五、计算

1 某平壁厚度b=0.37m,内表面温度t1=1650℃,外表面温度t2=300℃,平壁材料热导率λ=0.815+0.00076t,W/(m2·℃)。若将热导率分别按常量(取平均热导率)和变量计算,试求平壁的温度分布关系式和导热热通量。

2 用平板法测定材料的热导率。平板状材料的一侧用电热器加热,另一侧用冷却水通过夹层将热量移走。所加热量由加至电热器的电压和电流算出,平板两侧的表面温度用热电偶测得(见附表)。已知材料的导热面积为0.02m2,其厚度为0.01m,测得的数据如下,试求:

(1)材料的平均热导率?;

(1) 设该材料的热导率为???0(1?a't),试求?0和a'。

电热器

电压/V

140 114

电流/A 2.8 2.28

材料表面温度/℃ 高温侧 300 200

低温侧 100 50

3 某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成,两层的厚度均为100mm,其热导率分别为0.9W/(m·℃)及0.7W/(m·℃)。待操作稳定后,测得炉膛的内表面温度为700℃,外表面温度为130℃。为了减少燃烧炉的热损失,在普通砖外表面增加一层厚度为40mm、热导率为0.06W/(m2·℃)的保温材料。操作稳定后,又测得炉内表面温度为740℃,外表面温度

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为90℃。设两层砖的热导率不变,试计算加保温层后炉壁的热损失比原来的减少百分之几? 4 红砖平壁墙,厚度为500mm,一侧温度为200℃,另一侧为30℃。设红砖的平均热导率取0.57W/(m2·℃),试求:

(1)单位时间、单位面积导过的热量; (2)距离高温侧350mm处的温度。 5 某燃烧炉的平壁由下列三种砖依次彻成。

耐火砖:热导率?1=1.05 W/(m2·℃);

厚度b1=0.23m;

绝热砖:热导率?2=0.151 W/(m2·℃) 每块厚度b2=0.23m; 普通砖:热导率?3=0.93 W/(m2·℃) 每块厚度b3=0.24m;

若已知耐火砖内侧温度为1000℃,耐火砖与绝热砖接触处温度为940℃,而绝热砖与普通砖接触处的温度不得超过138℃,试问:

(1)绝热层需几块绝热砖? (2)此时普通砖外侧温度为多少?

6 在外径为140mm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℃,保温层外表面温度不大于40℃。保温材料的λ与t的关系为λ=0.1+0.0002t(t的单位为℃,λ的单位为W/(m2·℃))。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。

7 φ60mm×3mm铝合金管(热导率按钢管选取),外包一层厚30mm石棉后,又包一层30mm软木。石棉和软木的热导率分别为0.16W/(m2·℃)和0.04W/(m2·℃)。又已知管内壁温度为-110℃,软木外侧温度为10℃,求每米管长所损失的冷量。若将两保温材料互换,互换后假设石棉外侧的温度仍为10℃不变,则此时每米管长上损失的冷量为多少?

8 空心球内半径为r1、温度为ti,外半径为r0、温度为t0,且ti>t0,球壁的热导率为λ。试推导空心球壁的导热关系式。

9 在预热器内将压强为101.3kPa的空气从10℃加热到50℃。预热器由一束长度为1.5m,直径为φ86mm×1.5mm的错列直立钢管所组成。空气在管外垂直流过,沿流动方向共有15行,每行有管子20列,行间与列间管子的中心距为110mm。空气通过管间最狭处的流速为8m/s。管内有饱和蒸气冷凝。试求管壁对空气的平均对流传热系数。

10 在长为3m,内径为53mm的管内加热香蕉浆。香蕉浆的质量流速为172kg/(s·m2)。若香蕉浆在定性温度下的物性数据如下:

S;??0.692w/m·K;cp?3.865kJ/(kg·℃)。 ??890?10?5Pa·

试求香蕉浆对管壁的对流传热系数。

11 有一列管式换热器,由38根φ25mm×2.5mm的无缝钢管组成。果汁在管内流动,由20℃被加热至80℃,果汁的流量为8.32kg/s。外壳中通入水蒸气进行加热。试求管壁对果汁的传热系数。当果汁的流量提高一倍时,传热系数有何变化。

12 热空气在冷却管管外流过,2=90W/(m2·℃),冷却水在管内流过,

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℃)。冷却管外径1=1000W/(m·

do=16mm,壁厚b=1.5mm,管壁的λ=40W/(m2·℃)。试求:

①总传热系数Ko;

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②管外对流传热系数2增加一倍,总传热系数有何变化? ③管内对流传热系数1增加一倍,总传热系数有何变化?

13 有一套管换热器,内管为φ25mm×1mm,外管为φ38mm×1.5mm。冷水在环隙内流过,用以冷却内管中的高温气体,水的流速为0.3m/s,水的入口温度为20℃,出口温度为40℃。试求环隙内水的对流传热系数。

14 有一不锈钢制造的套管换热器,内管直径为φ89mm×3.5mm,流量为2000kg/h的糖浆在内管中从80℃冷却到50℃。冷却水在环隙从15℃升到35℃。糖浆的对流传热系数h=230W/(m2·K),水的对流传热系数c=290W/(m2·K)。忽略污垢热阻。试求:①冷却水消耗量;②并流和逆流操作时所需传热面积;③如果逆流操作时所采用的传热面积与并流时的相同,计算冷却水出口温度与消耗量,假设总传热系数随温度的变化忽略不计。

22 某无相变的流体,通过内径为50mm的圆形直管时的对流传热系数为120W/(m2·℃),流体的Re=2×104。假如改用周长与圆管相等,高与宽之比等于1∶2的矩形管,而流体的流速增加0.5倍,试问对流传热系数有何变化?

15 某食品厂用冷水冷却奶油。冷却器为φ14mm×8mm钢管组成的排管,水平浸于一很大的冷水槽中,冷水由槽下部进入,上部溢出,通过槽的流速很小。设冷水的平均温度为42.5℃,钢管外壁温度为56℃,试求冷水的对流传热系数。

16 室内有二根表面温度相同的蒸气管,由于自然对流两管都向周围空气散失热量。已知大管的直径为小管直径的10倍,小管的(Gr·Pr)=108。两水平管单位时间、单位面积的热损失的比值为多少?

17 饱和温度为100℃的水蒸气在长3m、外径为0.03m的单根黄铜管表面上冷凝。铜管坚直放置,管外壁的温度维持96℃,试求每小时冷凝的蒸气量。若将管子水平放,冷凝的蒸气量又为多少?

18有一台运转中的单程逆流列管式换热器,热空气在管程由120℃降至80℃,其对流传热系数1=50W/(m2·K)。壳程的冷却水从15℃升至90℃,其对流传热系数2=2000W/(m2·K),管壁热阻及污垢热阻皆可不计。当冷却水量增加一倍时,试求①水和空气的出口温度t'2和T'2,忽略流体物性参数随温度的变化;②传热速率Q'比原来增加了多少?

19 在一传热面积为15.8m2的逆流套管换热器中,用热油加热冷水。热油的流量为2.85kg/s,进口温度为110℃;水的流量为0.667kg/s,进口温度为35℃。热油和水的平均比热容分别为1.9kJ/(kg·℃)及4.18 kJ/(kg·℃)。换热器的总传热系数为320W/(m2·℃)试求水的出口温度及传热量。

20 求直径d=70mm、长L=3m的钢管(其表面温度t1=227℃)的辐射热损失。假定此管被置于:(1)很大的红砖里,砖壁温度t2=27℃;(2)截面为0.3m×0.3m的砖槽里,t2=27℃,两端面的辐射损失可以忽略不计。

21 用175℃的热油将300kg/h的果汁由25℃加热至90℃,已知热油的比热容为2.61kJ/(kg·℃),其流量为360kg/h,今有以下两个换热器,传热面积为0.8m2。

换热器1:K1=625 W/(m2·℃),单壳程双管程。 换热器2:K2=500 W/(m2·℃),单壳程单管程。 为满足所需的传热量应选用那一个换热器。

22 在一套管换热器中,用冷却水将1.25kg/s的蔗糖溶液由350K冷却至300K,冷却水在φ25mm×2.5mm的管内中流动,其进出口温度分别为290K和320K。已知水和蔗糖溶液的对流传热系数分别为0.85 kW/(m2·℃)和2.7 kW/(m2·℃),又两侧污垢热阻忽略不计,试求所

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