传热学第5章辐射换热(Radiation Heat Transfer)

第五章辐射换热(RadiationHeatTransfer),5.1辐射的基本概念,一、辐射的本质,辐射物体通过电磁波传递能量的过程,热辐射是由于物体内部微观粒子的热运动状态改变时，而将部分内能转变成电磁波的能量发射出去的过程。,热辐射的两大特点,可以在真空中传播；,能量形式在传播过程中发生了变化,5.1辐射的基本概念,由于起因不同，物体发射电磁波的波长也不同，可分为：,5.1辐射的基本概念,由于起因不同，物体发射电磁波的波长也不同，可分为：,0.38m紫外线、X射线、射线,0.380.76m可见光,0.761000m红外线,0.764m近红外,41000m无线电波,热辐射的波段=0.1100m,二、吸收率、反射率、穿透率,5.1辐射的基本概念,投入辐射:单位时间内投射到单位面积物体表面上的全波长范围内的辐射能。GW/m2,二、吸收率、反射率、穿透率,5.1辐射的基本概念,注意：,（1）属于物体的辐射特性，取决于物体的种类、温度和表面状况，是波长的函数。,（2）固体和液体对辐射能的吸收和反射基本上属于表面效应：金属的表面层厚度小于1m；绝大多数非金属的表面层厚度小于1mm。,（3）对于固体和液体，。,不仅取决于物体的性质，还与投射辐射能的波长分布有关。,二、吸收率、反射率、穿透率,5.1辐射的基本概念,注意：,镜反射与漫反射：,产生何种反射取决于物体表面的粗糙程度和投射辐射能的波长。,1889年O.lummer等测定了黑体辐射光谱能量分布的实验数据。,1879年J.Stefan根据实验数据确立了黑体辐射力正比绝对温度的四次方规律。,1884年L.Boltzmann从理论上证实了上述定律。,1896年Wien位移定律。,19世纪末L.Rayleigh-J.H.Jeans公式。,三、辐射换热的发展历程,1900年M.Planck定律。,5.1辐射的基本概念,5.1辐射的基本概念,5.2黑体辐射的基本定律,5.2黑体辐射的基本定律,5.2黑体辐射的基本定律,5.2黑体辐射的基本定律,5.2黑体辐射的基本定律,5.2黑体辐射的基本定律,对服从兰贝特定律的辐射，可以得到：,说明：单位时间、单位面积发出的辐射能，落到不同空间单位立体角内的数量不同，其数值正比于该方向与辐射表面法线方向夹角的余弦，故又称兰贝特定律为余弦定律。,定向辐射强度I与辐射力Eb之间的关系为：,5.2黑体辐射的基本定律,5.3两无限大黑体平板间的辐射换热,5.4实际物体的辐射与吸收,5.4实际物体的辐射与吸收,5.4实际物体的辐射与吸收,5.4实际物体的辐射与吸收,(光谱吸收率),5.4实际物体的辐射与吸收,5.4实际物体的辐射与吸收,5.4实际物体的辐射与吸收,例子：实际物体与黑体间的辐射换热。,当处于热平衡时得到：,5.5基尔霍夫定律,5.5基尔霍夫定律,5.5基尔霍夫定律,例题,温度为310K的4个表面置于太阳光的照射下，设此时各表面的光谱吸收比随波长的变化如图所示。试分析在计算与太阳能的热交换时，哪些表面可以看作灰体处理？为什么？,5.6无限大灰体间辐射换热特性,离开任意实际表面的热流：,5.6无限大灰体间辐射换热特性,两无限大灰体间的辐射换热热流：,J1=,5.6无限大灰体间辐射换热特性,5.7漫射表面间的角系数,5.7漫射表面间的角系数,5.7漫射表面间的角系数,5.7漫射表面间的角系数,A1,A2,a,c,d,b,5.7漫射表面间的角系数,5.7漫射表面间的角系数,5.8灰表面间的辐射换热,5.8灰表面间的辐射换热,（相当于无限大平板）,（室内电炉子、热电偶测温）,5.8灰表面间的辐射换热,例：三个灰表面间的辐射换热,重辐射表面对封闭腔内辐射换热的影响,重辐射表面的温度,辐射换热的强化与削弱问题,电暖器及电炉取暖问题,太阳能热水器问题,冬天洗澡问题,植物结霜问题,提高热电偶测温精度问题,5.8灰表面间的辐射换热,已知一个正四面体，每面面积为2m2。其中两个面为黑体，温度分别为1200K和500K，另两个面为黑度0.8的灰体并绝热。求两个黑体表面间的辐射换热热流及另两个绝热面的温度。,5.9气体辐射,5.9气体辐射,5.9气体辐射,5.9气体辐射,5.9气体辐射,5.9气体辐射,是气体在总压力为一个大气压下由实验得到的黑度，以水蒸气或二氧化碳的分压力与射线平均行程之积为参变量，查图,对光带重叠部分的修正，查图,对总压力