传热学辐射换热

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1、单击此处编辑母版标题样式,,,,*,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,重庆电力高等专科学校,热工理论基础,第十章,辐射换热,第二篇 传热学,本章主要内容,热辐射的基本概念,,热辐射的基本定律,,物体间的辐射换热,,2,,,10,-1,热辐射的基本概念,热辐射就是热射线的传播过程,。,,热射线：,波长为,0.1,～,1000,μ,m,的电磁波。它包含,少量,紫外线、可见光和红外线,。,一、热辐射的本质及特点,1.,概念本质：,,（,1,）辐射：物体向外发射电磁波的现象。,（,2,）,热辐射：,由于,热的原因,向外发射电磁波（,图,）的现象。（是三种基本热传递方

2、式之一）,热辐射的本质：物质具有温度,,3,,,2.,特点：,,是一种非接触的热传递方式，在空间的传递依靠热射线为载运体；,,任何物体无论温度高低都存在热辐射现象，即热辐射是物质的固有属性；,,在辐射换热过程中伴随有能量形式的转变：,（与导热和对流换热相比）,,4,,,当热辐射投射到物体表面上时，一般会发生三种现象，即吸收、反射和穿透。,二、物体对热辐射的吸收、反射和穿透,式中，,α,——,吸收率；,,,ρ,——,反射率；,,,τ,——,穿透率,.,,5,,,对于大多数的固体和液体,：,（表面辐射和吸收）,对于不含颗粒的气体：,（内部辐射和吸收）,三种理想辐射体：,①,黑体：,α,=1,（,如

3、：煤烟接近于黑体）,②,白体：,ρ,=1,（,如：高度磨光的金属板）,③,透明体：,τ,=1,（如：双原子气体及纯净的空气等）,人工黑体：,空腔壁上的小孔可视为人工黑体，在热辐射的分析中有其特殊的重要性。,（动画）,,6,,,一、热辐射能量的表示方法,,,辐射力,E,：,单位时间内，物体的单位表面积向,半球空间,发射的所有波长的能量总和。,(W/m,2,),黑体一般采用下标,b,表示，如黑体的辐射力为,E,b,.,10-2,,热辐射的基本定律,,7,,,1.,斯蒂芬,—,玻尔兹曼定律,（四次方定律）,式中，,C,b,=5.67 W/(m,2,,K,4,),，为黑体的辐射系数。,——,反映黑体

4、辐射力与温度的关系,.,实际物体的辐射力,------,引入修正系数,(,黑度,),二、热辐射的基本定律,,8,,,式中，,E,b,为黑体的辐射力，,E,为实际物体的辐射力。,黑度,ε,：,实际物体的辐射力与,同温度下,黑体辐射力之比。,实际物体的辐射力为：,,9,,,2,.,基尔霍夫定律,——,反映任一物体的辐射力,E,和吸收率,α,之间的关系,.,结论：,,,①,辐射力大的物体，其吸收率也大。,,②,同温度下黑体的辐射力最大。,,③,由黑度定义，可得基尔霍夫定律的另一表达式：,,10,,,3,.,兰贝特定律,**,——,反映物体辐射能量按空间不同方向的分布规律,.,,11,,,10-3,,

5、物体间的辐射换热,影响辐射换热的因素有哪些？,引入,辐射角系数,（,1,）表面温度,T,；,,（,2,）表面黑度,ε,；,,（,3,）,几何因素,（物体形状、大小及,相对位置,等）,.,,12,,,1.,角系数的定义：,表面,1,对表面,2,的角系数,X,1,2,：表面,1,投射到表面,2,上的辐射能，占表面,1,辐射总能量的百分比，即,同理，也可以定义表面,2,对表面,1,的角系数,X,2,1,。,一、辐射角系数,,13,,,2.,角系数的性质：,基本性质：,角系数只与物体表面的形状、尺寸以及物体间的相对位置有关，而与物体的性质和温度等无关，是,纯几何因子,。,相对性：,,14,,,相对性应

6、用,对两相距很近的大平板：,X,1,2,=X,2,1,=1,对空腔内包物体（为平表面或凸表面）时：,,,,X,1,2,=1,，,X,2,1,=A,1,/A,2,,15,,,二、两黑体表面间的辐射换热,,黑体间的辐射换热网络图,E,b2,E,b1,式中，,1/A,1,X,1,2,为,空间辐射热阻,，其大小完全取决于物体表面间的几何关系，而与物体表面的性质无关，故是,所有物体均具有的辐射热阻,。,,16,,,三、灰体表面的有效辐射,,17,,,表面,1,的有效辐射：,表面,1,与外界的辐射换热：,上两式消去,G,1,：对灰体,α,1,=,ε,1,表面辐射热阻网络图,,J,1,E,b1,式中，,(1

7、-,ε,1,),/,ε,1,A,1,为,表面辐射热阻,，它是因表面不是黑体而产生的热阻，其大小取决于表面因素，故是,除黑体以外的物体所特有的辐射热阻,。,,18,,,四、两灰体表面间的辐射换热,,19,,,①,两无限大,平行灰体表面间,：,A,1,=A,2,，,X,1,2,=X,2,1,=1,两种特例：,,20,,,②,空腔内包物体与空腔内壁间,：,X,1,2,=1,，,X,2,1,=A,1,/A,2,.,,两种特例：,当,A,1,<

8、的一黑度很小的，用于削弱辐射换热的薄板。,1,、强化辐射换热,的主要途径有两种：,,,(1),增加表面黑度；,(2),增加角系数。,2,、削弱辐射换热,的主要途径有三种：,,,(1),降低表面黑度；,(2),降低角系数；,,,(3),加入遮热板。,,22,,,遮热原理：,通过在热路中,增加热阻,来减少辐射换热量。,,23,,,遮热原理在电厂中的应用,在热电偶外加装遮热罩，用于提高温度测量的准确度。,,24,,,例,10-1,,两相距很近的平行大平壁，表面黑度各为,0.8,和,0.6,，温度各为,1200℃,和,600℃,，试计算,：（,1,）两表面间的辐射换热量；（,2,）如在两表面间放置一块

9、黑度为,0.05,的遮热板，此时的辐射换热量又为多少？（,3,）遮热板的温度是多少？,解：,（,1,）两表面间的辐射换热量为,例题分析,,25,,,（,2,）加入遮热板后的热路图如教材,P151.,图,10-16,所示，此时的辐射换热量为：,,26,,,（,3,）设遮热板的温度为,T,3,，则,由上式解得：,T,3,=1278K,，即,t,3,=1005℃,.,,27,,,10-4,,气体辐射,本节将简要介绍气体辐射的特点。在工程中常见的温度范围内，,多原子气体,(,如二氧化碳和水蒸汽,),具有很强的吸收和发射热辐射的本领，在锅炉炉内换热分析中对烟气的影响很大，而其他的气体则较弱。,,28,,

10、,1.,气体辐射和吸收的特点,,,(1),气体的辐射和吸收对波长具有选择性。,它只在某些,光带,内具有发射和吸收辐射的本领，而对于其他光带则呈现透明状态。,(,如图所示,),,CO,2,和,H,2,O,的主要吸收光带示意图,,29,,,热辐射穿过气体层时的衰减,,(2),气体的辐射和吸收是在整个容积中进行的。,这是由于辐射可以进入气体层，并在其内部进行传递，最后有一部分会穿透气体而到达外部或固体壁面，因而，气体的发射率和吸收率还与容器的形状和容积大小有关。,,30,,,2.,火焰辐射的特点,,,火焰中含有固体微粒,,火焰辐射类似于固体辐射,,可视为灰体处理,,31,,,思考题,教材,P154.,思考题,10-2,、,10-4,、,10-5,,32,,,本章小结,热辐射的本质及特点；,,黑度、黑体及灰体等概念；,,四次方定律；,,有效辐射的概念；角系数的性质；,,两灰体表面间的辐射换热计算,(,两种特例,),；,,辐射换热的增强与削弱,,33,,,教材,P155.,习题,10-3,、,10-4,,课外作业,,34,,,电 磁 辐 射 波 谱,,35,,,,36,,,人工黑体模型,,37,,,两个无限大平板的三种布置方式,,38,,,