化工原理上册天津大学柴诚敬43-44学时.ppt

1,第五章 传 热,5.5 辐射传热 5.5.1 基本概念和定律,2,辐射,辐射能,热辐射,热射线,物体以电磁波方式传递能量的过程,物体以电磁波方式传递的能量,因热的原因引起的电磁波辐射,波长0.40.8m的可见光线和波长0.820 m的红外光线,概述,3,图5-18 辐射能的吸收、反射和透过,概述,透过,反射,吸收,4,根据能量守恒定律，可得,概述,5,吸收率,反射率,透过率,量纲为一,量纲为一,量纲为一,概述,6,一、黑体、镜体、透热体和灰体,能透过全部辐射能的物体称为透热体。,黑体,镜体,透热体,能全部吸收辐射能的物体称为黑体或绝对黑体。,能全部反射辐射能的物体称为镜体或绝对白体。,能够以相等的吸收率吸收所有波长辐射能的物体称为灰体。,灰体,7,黑体 镜体 灰体,一般单原子气体和对称的双原子气体（如He、O2、N2和H2等）均可视为透热体,透热体,理想物体,一、黑体、镜体、透热体和灰体,8,二、物体的辐射能力E,辐射能力,物体在一定温度下，单位表面积，单位时间内所发射的全部波长的辐射能，称为该物体在该温度下的辐射能力。,单位为 W/m2,单色辐射能力,单位为 W/m3,在相同条件下，物体发射特定波长的能力，称为单色辐射能力。,9,黑体辐射能力和单色辐射能力之间满足,黑体辐射能力,黑体单色辐射能力,二、物体的辐射能力E,10,三、普朗克定律、斯蒂芬玻尔兹曼定律及克希霍夫定律,1.普朗克（planck）定律 普朗克定律揭示了黑体的单色辐射能力随波长变化的规律，其表达式为,11,图5-19黑体的单色辐射能力随温度及波长的分布规律,三、普朗克定律、斯蒂芬玻尔兹曼定律及克希霍夫定律,12,图5-19黑体的单色辐射能力随温度及波长的分布规律,三、普朗克定律、斯蒂芬玻尔兹曼定律及克希霍夫定律,13,2.斯蒂芬（Stefan）玻尔兹曼（Boltzman）定律,斯蒂芬玻尔兹曼定律揭示了黑体的辐射能力与其表面温度的四次方成正比这一定量关系：,黑体的辐射常数,三、普朗克定律、斯蒂芬玻尔兹曼定律及克希霍夫定律,14,3.克希霍夫（kirchhoff）定律 任何物体（灰体）的辐射能力与吸收率的比值恒等于同温度下黑体的辐射能力，即仅和物体的绝对温度有关。,为灰体的辐射系数,三、普朗克定律、斯蒂芬玻尔兹曼定律及克希霍夫定律,15,克希霍夫定律揭示了物体的辐射能力与吸收率之间的关系。对于实际物体，因A1，故实际物体的辐射能力小于黑体的辐射能力。由此可见，在任何温度下，黑体的辐射能力最大，对于其它物体而言，物体的吸收率愈大，其辐射能力也愈大。,三、普朗克定律、斯蒂芬玻尔兹曼定律及克希霍夫定律,16,灰体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能力之比，定义为灰体的黑度，亦称为灰体的发射率。,黑度,三、普朗克定律、斯蒂芬玻尔兹曼定律及克希霍夫定律,17,比较,在同一温度下，灰体的吸收率和黑度在数值上相等,三、普朗克定律、斯蒂芬玻尔兹曼定律及克希霍夫定律,18,黑度和物体的性质、温度及表面情况（如表面粗糙度及氧化程度）有关，一般由实验测定，常用工业材料的黑度列于表5-9中。,三、普朗克定律、斯蒂芬玻尔兹曼定律及克希霍夫定律,19,第五章 传 热,5.5 辐射传热 5.5.1 基本概念和定律,5.5.2 两固体间的辐射传热,20,两固体间的辐射传热,两灰体间辐射传热的结果，是高温物体向低温物体传递了能量。,几何因数 (角系数),辐射面积,总辐射系数,见表5-10,21,第五章 传 热,5.6 换热器 5.6.1 间壁式换热器的结构形式,22,一、管式换热器的结构形式,管壳式换热器 蛇管式换热器 套管式换热器 翘片管式换热器,管式换热器,23,一、管式换热器的结构形式,1.管壳式换热器,固定管板式换热器 浮头式换热器 U型管式换热器,管壳式换热器,24,图5-21固定管板式换热器,一、管式换热器的结构形式,25,图5-22 浮头式换热器,一、管式换热器的结构形式,26,图5-23 U型管式换热器,一、管式换热器的结构形式,27,二、板式换热器的结构形式,平板式换热器 螺旋板式换热器 板翘式换热器 热板式换热器,板式换热器,28,三、特殊形式换热器,回旋式换热器 热管换热器 同流式换热器,特殊结构的换热器,29,第五章 传 热,5.6 换热器 5.6.1 间壁式换热器的结构形式,5.6.2 换热器传热过程的强化,30,在设备投资及输送功耗一定的条件下，获得较大的传热量，从而增大设备容量，提高劳动生产率；在设备容量不变的情况下使其结构更加紧凑，减少占地空间，节约材料，降低成本；在某种特定技术过程使某些工艺特殊要求得以实施等。,强化传热,力求使换热器在单位时间内、单位传热面积传递的热量尽可能增多。,强化传热的意义,概述,31,强化传热的途径,概述,32,一、增大传热面积,改进传热面的结构来提高单位体积的传热面积，而非靠增大换热器的尺寸。如： （1）翅化面（肋化面） （2）异形表面 （3）多孔物质结构 （5）采用小直径管,33,二、增大平均温度差,提高加热介质温度或降低冷却介质的温度 采用逆流操作 增加管壳式换热器的壳程数,34,三、增大总传热系数,减少热阻的主要方法有： （1）提高流体的速度 （2）加大流体的扰动 （3）采用短管换热器 （4）防止结垢和及时除垢,35,第五章 传 热,5.6 换热器 5.6.1 间壁式换热器的结构形式 5.6.2 换热器传热过程的强化,5.6.3 传热过程强化效果的评价,36,传热强化 流动阻力增大,综合考虑,通常是在输送功率相等的前提下，