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1引言1

1.1量纲1

1.2工程单位1

1.2.1基本单位2

1.2.2导出单位3

1.2.3辅助单位5

1.3系统7

1.4系统状态9

1.4.1广延性参数10

1.4.2强度性参数10

1.5密度10

1.6浓度11

1.7水分含量13

1.8温度16

1.9压强17

1.10焓19

1.11状态方程和理想气体定律20

1.12水的相图21

1.13质量守恒22

1.13.1开口系统的质量守恒23

1.13.2闭口系统的质量守恒24

1.14物料衡算24

1.15热力学31

1.16热力学定律32

1.16.1热力学第一定律32

1.16.2热力学第二定律33

1.17能量33

1.18能量平衡34

1.19闭口系统的能量平衡34

1.19.1热量34

1.19.2功35

1.20开口系统的能量平衡41

1.20.1稳定流动系统的能量平衡41

1.21总能量平衡42

1.22功率44

1.23面积44

习题45

符号46

参考文献47

2食品加工过程中的流体流动49

2.1液体输送系统49

2.1.1加工厂的管道50

2.1.2泵的类型52

2.2液体性质54

2.2.1表示材料对应力响应的术语54

2.2.2密度55

2.2.3黏度55

2.3牛顿液体的处理系统61

2.3.1连续方程61

2.3.2雷诺数64

2.3.3过渡区和发展完全的流动67

2.3.4发展完全的流动条件下液体流动的速度分布68

2.3.5摩擦阻力72

2.4管内流动元的力平衡——伯努利方程的导出75

2.5流体稳定态流动的能量方程80

2.5.1压强能82

2.5.2动能82

2.5.3位能82

2.5.4摩擦能损失83

2.5.5泵的功率需要85

2.6泵的选择和性能评价89

2.6.1离心泵89

2.6.2压头90

2.6.3泵的操作性能91

2.6.4泵的性能曲线93

2.6.5 汽蚀余量94

2.6.6液体输送系统的泵选择97

2.6.7相似定律101

2.7流量测量103

2.7.1毕托管105

2.7.2孔板流量计107

2.7.3文丘里管109

2.7.4可变面积流量计110

2.7.5其他测量方法111

2.8黏度测量111

2.8.1毛细管黏度计111

2.8.2旋转黏度计113

2.8.3温度对黏度的影响115

2.9非牛顿流体的流动特性117

2.9.1非牛顿流体的性质117

2.9.2指数律流体的速度分布122

2.9.3指数律流体的体积流量123

2.9.4指数律流体的平均流速123

2.9.5指数律流体的摩擦系数和广义雷诺数123

2.9.6非牛顿流体的泵输送计算126

2.10固体食品的输送128

2.10.1粒料和粉末的性质128

2.10.2粒状食品的流动133

2.11食品加工中的过程控制135

2.11.1过程变量和性能指标136

2.11.2控制过程的输入和输出信号137

2.11.3控制系统设计138

2.12传感器144

2.12.1温度传感器144

2.12.2 贮罐液位测量145

2.12.3压力传感器146

2.12.4流量传感器146

2.12.5数据采集的重要术语147

2.13传感器的动态响应特性147

习题150

符号153

参考文献155

3资源的可持续性159

3.1蒸汽的产生159

3.1.1蒸汽发生系统159

3.1.2相变的热力学161

3.1.3蒸汽表164

3.1.4蒸汽利用169

3.2燃料利用172

3.2.1系统173

3.2.2质量和能量平衡分析174

3.2.3燃烧器效率174

3.3电能利用176

3.3.1电学术语和单位176

3.3.2欧姆定律178

3.3.3电路179

3.3.4电动机181

3.3.5电控制182

3.3.6电照明182

3.4能源、水和环境183

3.4.1生命周期评价184

3.4.2食品系统应用187

3.4.3可持续发展指标191

习题193

符号195

参考文献196

4食品加工过程的传热199

4.1食品的加热和冷却系统199

4.1.1板式热交换器200

4.1.2管式热交换器203

4.1.3刮板式热交换器204

4.1.4蒸汽注入式热交换器205

4.1.5小结205

4.2食品的热性质207

4.2.1比热容207

4.2.2热导率209

4.2.3热扩散系数211

4.3传热模型212

4.3.1传导传热213

4.3.2对流传热215

4.3.3辐射传热217

4.4稳定态传热218

4.4.1长方形厚板中的热传导219

4.4.2经过管壁的热传导222

4.4.3多层系统中的热传导224

4.4.4对流传热系数的估计230

4.4.5总传热系数的估计243

4.4.6传热面的结垢246

4.4.7管式热交换器的设计251

4.4.8热交换器设计的效能-NTU法257

4.4.9板式热交换器的设计261

4.4.10辐射传热中表面性质的重要性265

4.4.11两物体间的辐射传热267

4.5非稳定态传热269

4.5.1外部热阻与内部热阻对传热的重要性271

4.5.2可忽略内部热阻的传热（NBi ＜0.1）——集总系统的分析272

4.5.3有限内部和表面热阻传热（0.1 ≤NBi≤40）276

4.5.4忽略外部热阻的传热（NBi ＞40）278

4.5.5有限物体的传热278

4.5.6利用温度-时间曲线进行传热问题的求解279

4.5.7利用fh和jc因子预测过渡态传热的温度285

4.6食品的电导率291

4.7欧姆加热293

4.8微波加热295

4.8.1微波加热的机制295

4.8.2介电性质296

4.8.3微波能热能的转换296

4.8.4微波的穿透深度297

4.8.5微波炉298

4.8.6食品的微波加热299

习题300

符号309

参考文献312

5保藏加工315

5.1加工系统315

5.1.1巴氏杀菌和热烫系统315

5.1.2商业无菌系统317

5.1.3超高压系统320

5.1.4脉冲电场系统320

5.1.5其他保藏系统321

5.2微生物残存曲线321

5.3外部因素影响325

5.4热致死时间F328

5.5腐败概率328

5.6杀菌过程计算的一般方法329

5.6.1巴氏杀菌的应用331

5.6.2商业灭菌333

5.6.3无菌处理与包装335

5.6.4联合处理341

5.7数学方法343

5.7.1蒸煮袋加工345

习题347

符号350

参考文献351

6制冷353

6.1制冷剂的选择354

6.2制冷系统的设备356

6.2.1蒸发器357

6.2.2压缩机357

6.2.3冷凝器359

6.2.4膨胀阀361

6.3压-焓图363

6.3.1压-焓表365

6.3.2利用计算机辅助手段确定制冷剂的热力学性质367

6.4蒸汽压缩制冷分析中有用的数学表达式369

6.4.1冷负荷369

6.4.2压缩机370

6.4.3冷凝器370

6.4.4蒸发器370

6.4.5制冷系数370

6.4.6制冷剂流量371

6.5多级制冷系统379

6.5.1闪蒸气体去除系统379

习题382

符号383

参考文献384

7食品冷冻385

7.1冷冻系统385

7.1.1间接接触系统386

7.1.2直接接触系统389

7.2冷冻食品性质391

7.2.1密度392

7.2.2热导率392

7.2.3焓393

7.2.4表观比热容393

7.2.5表观热扩散系数394

7.3冷冻时间394

7.3.1普朗克方程395

7.3.2其他冷冻时间预测方法398

7.3.3冷冻时间的pharm预测法398

7.3.4有限大小物体的冷冻时间预测401

7.3.5冷冻时间的实验测量404

7.3.6影响冷冻时间的因素405

7.3.7冷冻速率405

7.3.8解冻时间405

7.4冷冻食品的贮藏407

7.4.1冻藏过程中食品的品质变化407

习题411

符号413

参考文献414

8蒸发417

8.1沸点升高418

8.2蒸发器的类型420

8.2.1间歇锅式蒸发器420

8.2.2自然循环蒸发器420

8.2.3升膜式蒸发器421

8.2.4降膜式蒸发器421

8.2.5升降膜式蒸发器422

8.2.6强制循环蒸发器422

8.2.7搅拌薄膜式蒸发器424

8.3单效蒸发器的设计425

8.4多效蒸发器的设计429

8.5蒸汽再压缩系统434

8.5.1热再压缩434

8.5.2机械式蒸汽再压缩434

习题435

符号437

参考文献437

9湿空气性质439

9.1干空气的性质439

9.1.1空气的组成439

9.1.2干空气的比体积440

9.1.3干空气的比热容440

9.1.4干空气的焓440

9.1.5干球温度440

9.2水蒸气的性质440

9.2.1水蒸气的比体积441

9.2.2水蒸气的比热容441

9.2.3水蒸气的焓441

9.3湿空气的性质441

9.3.1吉布斯-道尔顿定律441

9.3.2露点温度442

9.3.3湿度（或湿含量）442

9.3.4相对湿度443

9.3.5空气-水蒸气混合物的湿比热容443

9.3.6湿空气的比体积443

9.3.7空气的绝热饱和444

9.3.8湿球温度445

9.4空气性质图448

9.4.1空气性质图的结构448

9.4.2利用空气性质图对复杂空气调节过程进行评估449

习题454

符号455

参考文献456

10传质459

10.1扩散过程460

10.1.1气体（和液体）通过固体的稳定态扩散462

10.1.2对流性传质463

10.1.3经过平板的层流465

10.1.4经过平板的湍流468

10.1.5管中的层流469

10.1.6管中的湍流469

10.1.7经过球体流动的传质469

10.2非稳定态传质470

10.2.1过渡态扩散470

10.2.2气体的扩散473

习题476

符号476

参考文献478

11膜分离479

11.1电渗析系统481

11.2反渗透膜系统483

11.3膜的性能489

11.4超滤膜系统490

11.5浓度极化491

11.6反渗透和超滤系统的类型496

11.6.1板框式497

11.6.2管式497

11.6.3螺旋式498

11.6.4中空纤维499

习题500

符号500

参考文献502

12干燥503

12.1基本干燥过程503

12.1.1水分活度503

12.1.2水分扩散506

12.1.3干燥速率曲线506

12.1.4传热和传质506

12.2干燥系统507

12.2.1盘式或箱式干燥器507

12.2.2隧道式干燥器508

12.2.3膨化干燥509

12.2.4流化床干燥510

12.2.5喷雾干燥510

12.2.6冷冻干燥511

12.3干燥系统设计511

12.3.1质量和能量平衡511

12.3.2干燥时间预测515

习题522

符号525

参考文献526

13辅助过程529

13.1过滤529

13.1.1操作方程529

13.1.2过滤机制533

13.1.3过滤系统设计533

13.2沉淀536

13.2.1低浓度悬浮液的沉降速度536

13.2.2高浓度悬浮液的沉降速度538

13.3离心540

13.3.1基本方程540

13.3.2分离速率540

13.3.3液-液分离541

13.3.4粒子-气体分离542

13.4混合543

13.4.1搅拌设备544

13.4.2搅拌器的功率547

习题549

符号550

参考文献551

14食品的挤压过程553

14.1背景介绍553

14.2挤压基本原理554

14.3挤压系统559

14.3.1冷挤压559

14.3.2挤压蒸煮560

14.3.3单螺杆挤压机561

14.3.4双螺杆挤压机562

14.4挤压系统设计563

14.5较复杂系统的设计567

习题567

符号568

参考文献568

15包装概念571

15.1简介571

15.2食品保护571

15.3容纳产品572

15.4传递产品信息573

15.5产品方便性573

15.6包装材料的传质573

15.6.1包装材料对“固定”气体的渗透性575

15.7食品包装的创新578

15.7.1被动式包装578

15.7.2活性包装578

15.7.3智能包装579

15.8食品包装和产品保质期580

15.8.1保质期评估的科学基础580

15.9总结584

习题585

符号585

参考文献586

附录589

A.1 SI单位及换算因子589

A.1.1 SI单位的使用规则589

表A.1.1 SI前缀589

表A.1.2常用换算因子591

表A.1.3压强的换算因子592

A.2食品的物理性质593

表A.2.1食品的比热容593

表A.2.2某些食品的热导率594

表A.2.3某些食品的热扩散系数596

表A.2.4液体食品的黏度598

表A.2.5不同温度下冰的性质599

表A.2.6不同贮存温度下新鲜水果与蔬菜的近似产热量599

表A.2.7冷冻食品的焓601

表A.2.8某些食品的组分值602

表A.2.9估计食品性质的系数603

A.3非食品材料的物理性质604

表A.3.1金属材料的物理性质604

表A.3.2非金属材料的物理性质606

表A.3.3各种表面的发射率607

A.4水和空气的物理性质610

表A.4.1饱和压力下水的物理性质610

表A.4.2饱和蒸汽性质611

表A.4.3过热蒸汽性质（蒸汽表）613

表A.4.4干空气在大气压下的物理性质614

A.5湿空气图615

图A.5.1高温范围的湿空气图615

图A.5.2低温下的湿空气性质图616

A.6压-焓数据617

图A.6.1制冷剂R-12的压-焓图617

表A.6.1 R-12的饱和液体和蒸汽的性质618

图A.6.2过热R-12蒸气的压-焓图621

表A.6.2 R-717（氨）饱和液和蒸气的性质621

图A.6.3过热R -717（氨）蒸气的压-焓图624

表A.6.3 R-134a饱和液体和蒸气的性质624

图A.6.4 R-134a的压-焓图628

图A.6.5 R-134a的压-焓（放大）图629

A.7食品加工过程设备图例（符合英国和美国标准）629

A.8其他634

表A.8.1物体的数值与面积/体积634

图A.8.1（刻度放大了的）球体几何中心的温度635

图A.8.2（刻度放大了的）无限圆柱体几何中心的温度635

图A.8.3（刻度放大了的）无限大平板中间面的温度636

A.9因次分析636

A.9.1宾汉姆π定理636

表A.9.1选择的实验变量因次637

参考文献639