热辐射原理及计算

.,热辐射,HeatRadiation,Keywords:Radiationheattransfer,Emissivity,Absorptivity,Reflectivity,Transmissivity,Prancklaw,Stefan-Boltamannlaw,Kirchhofflaw,作业：练习题4-12,4-13,.,1热辐射的基本概念,热辐射机理的定性描述：,物体受热后其中某些原子or分子“激发态”，从激发态低能态能量就以电磁波辐射的形式发射出来。,热射线,可见光线(波长：0.40.8mT，热效应明显)红外光线(波长：0.820m多数具有实际意义热辐射波长决定作用),自发,物体因热的原因，对外以电磁波形式向外发出辐射能吸收热能。,(1)热辐射(T，热辐射),.,(2)热辐射对物体的作用A、R、D,被吸收QA；被反射QR；穿透物体QD。,热射线的特点：,在均质介质中直线传播；在真空、多数气体中完全透过；在工业上常见的多数固体or液体中不能透过。,与可见光一样，服从反射与折射定律。,当热辐射的能量投射在某一物体上时，其总能量Q：,.,理想物体，作为实际物体一种比较标准简化辐射传热计算。,黑体、镜体、透过体、灰体,.,黑体(绝对黑体)：A=1，R=D=0辐射与吸收能力max，在热辐射的分析与计算中具有特殊重要性。镜体(绝对白体)：R=1，A=D=0；能全部反射辐射能，且入射角等于反射角(正常反射)。透过体(绝对透过体)：D=1，A=R=0；能透过全部辐射能的物体。,实际上：,对无光泽的黑体表面，A=0.960.98接近黑体；,磨光的铜表面，R=0.97近似镜体；,单原子or对称双原子气体，D视为透过体。,.,物体的性质；表面状况；温度；投射辐射线的波长。,物体的A、R、D其大小取决于：,灰体能以相同吸收率吸收所有波长范围辐射能的物体；,A与辐射线波长无关，即物体对投入辐射的吸收率与外界无关；不透过体，A+R=1工业上常见固体材料(0.420m)。,特点：,(3)辐射传热,物体之间相互辐射与吸收辐射能的传热过程。,.,物体在一定温度下，单位时间、单位表面积所发出全部波长的总能量。E（J/m2s，即W/m2）,2固体的辐射能力,表征固体发射辐射能的本领,单色辐射能力：在一定温度下，物体发射某种波长的能力，记作：E(W/m3),定义：,Plancklaw黑体的单色辐射能力Eb随波长、温度T的变化规律,.,对应于每一温度T均为一条能量分布曲线；,式中：Eb黑体的单色辐射能力，W/m2；T黑体的绝对温度，K；C1常数，其值为3.74310-16，Wm2；C2常数，其值为1.438710-2，mK。,从图中可见：,紫外灾难,.,T，Eb，max移向波长较短的方向,等温线下的面积黑体的辐射能力Eb,另外：,由于地表温度和太阳表面温度的差异，使得二者辐射波长不同，又由于大气层中的CO2吸收地球辐射波，导致温室效应。,.,(2)Stefan-Boltzmannlaw(四次方定律),黑体的辐射系数,由四次方定律：Eb对T敏感，T，热辐射起主导作用。,黑体辐射能力Eb与T间的关系,.,(3)灰体的辐射能力E,：是物体本身的特性,物体的性质；温度；表面状况(表面粗糙度、氧化程度)。,由实验测定,将Stefan-Boltamannlaw用于灰体：,物体的黑度为同温度下灰体与黑体的辐射能力之比，即=E/Eb,C：灰体辐射系数；,定义：,.,灰体辐射能力与吸收能力间(EA)的关系,任何灰体的辐射能力与吸收率之比恒等于同一温度下绝对黑体的辐射能力。,数学表达式：,(4)Kirchhofflaw,即：,或：,同一灰体吸收率与其黑度在数值上必相等。AE,.,两无限大的平行平壁两壁面间距离T2，两壁面间为透热体(D=1)，系统对外绝热。,对壁面1，辐射传热的结果即两壁面辐射传热的热通量q为：,当两壁面达到热平衡时，T1=T2q=0E1=A1EbE1/A1=Eb推广到任意灰体，有：,A1，EEb且A=,Kirchhofflaw推导过程：,Kirchhofflaw推导的假设条件：,.,3物体间的辐射传热讨论两灰体间的辐射传热,两灰体间辐射传热过程的复杂性(与灰体黑体间辐射传热对比)因灰体AT环境Q损失=Q对流+Q辐射,(1)对流传热热损失QC,(2)辐射传热热损失QR,.,(4)T的估算(有保温层设备、管道外热损失),(3)设备总损失Q,T：对流辐射联合表面传热系数,.,例：在2198mm的蒸汽管道外包一层厚为75