化工原理第五章第五节讲稿.ppt

2020 2 8 第四章传热 一 基本概念和定律二 两固体间的辐射传热三 对流和辐射的联合传热 第五节辐射传热 2020 2 8 一 基本概念和定律 1 热辐射热辐射 物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射 辐射传热 不同物体间相互辐射和吸收能量的综合过程 2 热射线热射线 可见光线和红外光线统称为热射线服从反射定律和折射定律能在均一介质中作直线传播 在真空和大多数的气体 惰性气体和对称的双原子气体 中热射线可以完全透过 2020 2 8 3 热辐射对物体的作用 A QA Q 物体的吸收率 R QR Q 物体的反射率 D QD Q 物体的透过率 2020 2 8 4 黑体 镜体 透热体和灰体 黑体 绝对黑体 能全部吸收辐射能的物体 即A 1的物体 镜体 绝对白体 能全部反射辐射能的物体 即R 1的物体 透热体 能透过全部辐射能的物体 即D 1的物体 灰体 能够以相等的吸收率吸收所有波长辐射能的物体 灰体的特点 它的吸收率A不随辐射线的波长而变 它不是透热体 即A R 1 D 0 2020 2 8 5 物体的辐射能力 斯帝芬 波尔茨曼定律 物体辐射能力 物体在一定的温度下 单位表面积 单位时间内所发射的全部波长的总能量 用E表示 单位 W m2 单色辐射能力 单位表面积 单位时间内的发射某一特定波长的能力 2020 2 8 绝对黑体的单色辐射能力Eb 随波长的变化的规律 2020 2 8 当 0时 单色发射能力Eb 均等于零 波长增加时 单色发射能力也随之增加 达到一最高值后 Eb 又随 的增加而减小 时 又回到零 黑体的辐射能力 斯蒂芬 波尔茨曼定律 2020 2 8 黑体的辐射常数或斯蒂芬 波尔茨曼常数 黑体的辐射系数 绝对黑体的辐射能力和绝对温度的四次方成正比 灰体的辐射能力E C 灰体的辐射系数 取决于物体性质 表面情况和温度 2020 2 8 黑度 发射率 同一温度下 灰体的辐射能力与黑体辐射能力的比值 6 克希霍夫定律 A1 2020 2 8 克希霍夫定律 一切物体的辐射能力与其吸收率的比值均相等 且等于同温度下的绝对黑体的辐射能力 其值只与温度有关 在同一温度下 物体的吸收率和黑度在数值上相等 表示灰体辐射能力占黑体辐射能力的分数A为外界投射来的辐射能被物体吸收的分数 2020 2 8 二 两固体间的相互辐射 1 两无限大平行灰体壁面之间的相互辐射从壁面1辐射和反射的能量之和E1 2020 2 8 2020 2 8 同理 从壁面2辐射和反射的能量之和E2 2020 2 8 2020 2 8 C1 2 总辐射系数 2020 2 8 在面积均为S相距很小的平行面间的辐射传热速率为 当两平行壁面间距离与表面积相比不是很小时 辐射传热速率应写为 2020 2 8 C1 2 物体1对物体2的总辐射系数 取决于壁面的性质和两个壁面的几何因素 例 车间内有一高和宽各为3m的铸铁炉门 其温度为227 室内温度为27 为了减少热损失 在炉门前50mm处设置一块尺寸和炉门相同的而黑度为0 11的铝板 试求放置铝板前 后因辐射而损失的热量 几何因子或角系数 表示从辐射面积S所发射出的能量为另一物体表面所拦截的分数 数值与两表面的形状 大小 相互位置以及距离有关 2020 2 8 解 1 放置铝板前因辐射损失的热量 取铸铁的黑度为 2020 2 8 2 放置铝板后因辐射损失的热量用下标1 2和i分别表示炉门 房间和铝板 假定铝板的温度为Ti K 则铝板向房间辐射的热量为 2020 2 8 式中 炉门对铝板的辐射传热可视为两无限大平板之间的传热 故放置铝板后因辐射损失的热量为 2020 2 8 式中 当传热达到稳定时 2020 2 8 放置铝板后因辐射的热损失减少百分率为 结论 设置隔热挡板是减少辐射散热的有效方法 而且挡板材料的黑度愈低 挡板的层数愈多 则热损失愈少 2020 2 8 三 辐射 对流联合传热 设备的热损失等于对流传热和辐射传热之和 由于对流散失的热量 由于辐射而散失的热量 设备向大气辐射传热 2020 2