第四章 热量传递基础

1、第四章第四章 热量传递基础热量传递基础本章重点：本章重点：1)1)稳定热传导稳定热传导2)2)流体无相变时对流传热系数的计算流体无相变时对流传热系数的计算学习目的：学习目的：1 1）分析影响传热速率的因素，掌握控制热量传递）分析影响传热速率的因素，掌握控制热量传递率的一般规律，以便根据生产的要求来强化和削弱率的一般规律，以便根据生产的要求来强化和削弱热量的传递，正确地选择适宜的传热设备和保温方热量的传递，正确地选择适宜的传热设备和保温方法；法；2 2）学会能源的利用（节能）。）学会能源的利用（节能）。第一节第一节 概概 述述 化工生产中的化学反应通常是在一定的温度下进化工生产中的化学反应通常是

2、在一定的温度下进行的，为此需向反应物加热到适当的温度；而反应行的，为此需向反应物加热到适当的温度；而反应后的产物常需冷却以移去热量。在其他单元操作后的产物常需冷却以移去热量。在其他单元操作中，如蒸馏、吸收、干燥等，物料都有一定的温度中，如蒸馏、吸收、干燥等，物料都有一定的温度要求，需要加入或输出热量。此外，高温或低温下要求，需要加入或输出热量。此外，高温或低温下操作的设备和管道都要求保温，以便减少它们和外操作的设备和管道都要求保温，以便减少它们和外界的传热。近十多年来，随能源价格的不断上升和界的传热。近十多年来，随能源价格的不断上升和对环保要求增加，热量的合理利用和废热的回收越对环保要求增加，

3、热量的合理利用和废热的回收越来越得到人们的重视。来越得到人们的重视。化工对传热过程有两方面的要求：化工对传热过程有两方面的要求：（1）强化传热过程：在传热设备中加热或冷却物）强化传热过程：在传热设备中加热或冷却物料，希望以高传热速率来进行热量传递，使物料达料，希望以高传热速率来进行热量传递，使物料达到指定温度或回收热量，同时使传热设备紧凑，节到指定温度或回收热量，同时使传热设备紧凑，节省设备费用。省设备费用。（2）削弱传热过程：如对高低温设备或管道进行保）削弱传热过程：如对高低温设备或管道进行保温，以减少热损失。温，以减少热损失。一、基一、基 本本 概概 念念 1.传热速率与热通量传热速率与热

4、通量传热速率传热速率Q：又称热流量，单位时间内通过传热面：又称热流量，单位时间内通过传热面传递的热量，传递的热量，J/s或或W。热通热通量量q：又称热流密度，单位时间内通过单位传：又称热流密度，单位时间内通过单位传热面传递的热量，或热面传递的热量，或W/m2。 式中式中A总传热面积，总传热面积， m2 。 )()(阻力传热热阻温差传热推动力传热速率 qQA2. 稳态传热与非稳态传热稳态传热与非稳态传热 稳态传热：稳态传热：传热系统中传热速率、热通量及温度等传热系统中传热速率、热通量及温度等有关物理量分布规律不随时间而变，仅为位置的有关物理量分布规律不随时间而变，仅为位置的函数。连续生产过程的传

5、热多为稳态传热。函数。连续生产过程的传热多为稳态传热。 非稳态传热：非稳态传热：传热系统中传热速率、热通量及温度传热系统中传热速率、热通量及温度 等有关物理量分布规律不仅要随位置而变，也是等有关物理量分布规律不仅要随位置而变，也是时间的函数。时间的函数。zyxftqQ,zyxftqQ3.温度场与温度梯度温度场与温度梯度 温度场：某一时刻，物体（或空间）各点的温度分布。温度场：某一时刻，物体（或空间）各点的温度分布。 式中式中t 某点的温度，某点的温度，； x,y,z 某点的坐标；某点的坐标； 时间。时间。不稳定温度场：各点的温度随时间而改变的温度场。不稳定温度场：各点的温度随时间而改变的温度场

6、。稳定温度场：任一点的温度均不随时间而改变的温度场。稳定温度场：任一点的温度均不随时间而改变的温度场。,zyxft ,zyxft tf x y z, ,等温面：等温面：在同一时刻，温度场中在同一时刻，温度场中所有温度相同的点组成的面。不所有温度相同的点组成的面。不同温度的等温面不相交。同温度的等温面不相交。温度梯度：温度梯度：两两等温面的温度差等温面的温度差 t与其间的垂直距离与其间的垂直距离 n之比，在之比，在 n趋于零时的极限（即表示温度场趋于零时的极限（即表示温度场内某一点等温面法线方向的温度内某一点等温面法线方向的温度变化率）。变化率）。t1t2t1t2等温等温面面Q温度梯度与热流方向

7、的关系温度梯度与热流方向的关系nQdAtt- tt+ tntnttn0limgrad二、传热的三种基本方式二、传热的三种基本方式 一个物系或一个设备只要存在温度差一个物系或一个设备只要存在温度差就会发生热量传递，当没有外功加入时，就会发生热量传递，当没有外功加入时，热量就总是会自动地从高温物体传递到低热量就总是会自动地从高温物体传递到低温物体。根据传热的机理不同，温物体。根据传热的机理不同，热传递有热传递有三种基本方式：热传导，热对流和热辐射。三种基本方式：热传导，热对流和热辐射。化工生产中碰到的各种传热现象都属于这化工生产中碰到的各种传热现象都属于这三种基本方式。三种基本方式。（一）（一）

8、热传导（导热）热传导（导热） 物体各部分之间不发生相对位移时，物体各部分之间不发生相对位移时， 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称为热传导，又热运动而产生的热量传递称为热传导，又称导热。称导热。 特点：在纯的热传导过程中，物体各特点：在纯的热传导过程中，物体各部分之间不发生相对位移，即没有物质的部分之间不发生相对位移，即没有物质的宏观位移。宏观位移。 从微观角度来看，气体、液体、导电固体和从微观角度来看，气体、液体、导电固体和非导电固体的导热机理各不相同。非导电固体的导热机理各不相同。 气体：气体：气体分子做不规则热运动时相互碰撞的

9、气体分子做不规则热运动时相互碰撞的结果。结果。 导电固体：自由电子在晶格间的运动；导电固体：自由电子在晶格间的运动； 固体固体 非导电固体：晶格结构的振动实现的。非导电固体：晶格结构的振动实现的。 液体：液体：存在两种不同的观点，类似于气体和类存在两种不同的观点，类似于气体和类 似于非导电固体。似于非导电固体。（二）（二） 对流传热对流传热 热对流是指物体中质点发生相对的位移而引热对流是指物体中质点发生相对的位移而引起的热量交换，热对流是流体所特有的一种传热起的热量交换，热对流是流体所特有的一种传热的方式。其中只有流体的质点能发生相对位移。的方式。其中只有流体的质点能发生相对位移。据引起对流的

10、原因不同可分为：自然对流和强制据引起对流的原因不同可分为：自然对流和强制对流。对流。 自然对流：自然对流：流体原来是静止的，但内部由于温度流体原来是静止的，但内部由于温度不同、密度不同，造成流体内部上升下降运动而不同、密度不同，造成流体内部上升下降运动而发生对流。发生对流。 强制对流：强制对流：流体在某种外力的强制作用下运动而流体在某种外力的强制作用下运动而发生的对流。发生的对流。（三）热辐射（三）热辐射 热辐射是一种通过电磁波传递能量的过热辐射是一种通过电磁波传递能量的过程。一切物体都能以这种方式传递能量，程。一切物体都能以这种方式传递能量，而不借助任何传递介质。通常在高温下热而不借助任何传

11、递介质。通常在高温下热辐射才是主要方式。辐射才是主要方式。第二节第二节 热传导热传导傅里叶定律：某一微元的热传导速率（单位时傅里叶定律：某一微元的热传导速率（单位时间内传导的热量）与该微元等温面的法向温度梯度间内传导的热量）与该微元等温面的法向温度梯度及该微元的导热面积成正比。及该微元的导热面积成正比。一维稳态热传导：一维稳态热传导： 比例系数，称为导热系数，比例系数，称为导热系数，W/(m)或或W/(mK)。 t/ x x方向上的温度梯度，方向上的温度梯度，/m或或K/m； q热通量，热通量，W/m2xtq一、热传导的基本定律一、热传导的基本定律傅里叶定律傅里叶定律 三维稳态热传导：三维稳态

12、热传导： t/ n 空间某点的温度梯度空间某点的温度梯度 n通过该点的等温线上的法向单位矢量，指向温度升通过该点的等温线上的法向单位矢量，指向温度升 高的方向。高的方向。 物理意义：温度梯度为物理意义：温度梯度为1时，单位时间内通过时，单位时间内通过单位传热面积的热通量；导热系数在数值上等于单单位传热面积的热通量；导热系数在数值上等于单位温度梯度下的热通量，位温度梯度下的热通量， ，导热性能越好。，导热性能越好。 nntqnntq二、导热系数二、导热系数各种物质的导热系数：各种物质的导热系数： （1）固体）固体纯金属温度纯金属温度 ， ，纯金属比合金的，纯金属比合金的 大。大。非金属温度非金属

13、温度 ， ，同样温度下，同样温度下， 越大，越大， 越大。越大。在一定温度范围内（温度变化不太大）：在一定温度范围内（温度变化不太大）： t时的导热系数，时的导热系数，W/(m)或或W/(mK)； 0时的导热系数，时的导热系数，W/(m)或或W/(mK)； k 温度系数，对大多数金属材料为负值，温度系数，对大多数金属材料为负值， 对大多数非金属材料为正值，对大多数非金属材料为正值，1/。 T T 0)1 (0kt（2）液体）液体 金属液体导热系数较高，非金属液体较低。在非金属液体导热系数较高，非金属液体较低。在非 金属液体中，水的导热系数最大。金属液体中，水的导热系数最大。 除水和甘油等少量液

14、体物质外，绝大多数液体除水和甘油等少量液体物质外，绝大多数液体 ，（略微）。一般来说，纯液体的（略微）。一般来说，纯液体的 大于溶液大于溶液 。有机均相混合液体的导热系数估算式：有机均相混合液体的导热系数估算式：有机水溶液的导热系数估算式：有机水溶液的导热系数估算式： wi组分组分i 的质量分数的质量分数 i纯组分纯组分i 的导热系数的导热系数T iinimixw1iinimixw19 . 0（3）气体）气体气体气体 ， 。气体的导热系数气体的导热系数与黏度与黏度之间有以下简单关系：之间有以下简单关系： （单原子气体）（单原子气体） （多原子气体）（多原子气体） T pcMR25415)415

15、(MRcp式中：式中：R通用气体常数，通用气体常数，J/(kmolK)； M摩尔质量，摩尔质量，kg/kmol； cp定压比热容，定压比热容，J/(kgK)； 黏度，黏度，Pas(金属固体金属固体) (非金属固体非金属固体) (液体液体) (气体气体)。 三、通过平壁的稳定热传导三、通过平壁的稳定热传导 （一）、通过单层平壁的稳定热传导（一）、通过单层平壁的稳定热传导 假设：假设：(1) 平壁内温度只沿平壁内温度只沿x方向变化，方向变化，y和和z方向上方向上 无温度变化，即这是一维温度场。无温度变化，即这是一维温度场。 (2) 各点的温度不随时间而变，稳定的温度场。各点的温度不随时间而变，稳定

16、的温度场。一维稳定的温度场：一维稳定的温度场：傅里叶定律可写为：傅里叶定律可写为：热量衡算：热量衡算： tf xxtAQddtcAxQQpdxxxd对于稳定温度场，对于稳定温度场， ，薄层内无热量积累，薄层内无热量积累 在稳定温度场中，各传热面的传热速率相同，不随在稳定温度场中，各传热面的传热速率相同，不随x而而变，统一用变，统一用Q来表示，代入上面的傅里叶公式中：来表示，代入上面的傅里叶公式中：边界条件为：边界条件为： ； 0tconstQQQdxxxQAtx ddxtt01时，xbtt时，2QdxAdtbtt012 式中式中 Q 热流量，即单位时间通过平壁的热量，热流量，即单位时间通过平壁

17、的热量，W或或J/s； A 平壁的面积，平壁的面积，m2； b 平壁的厚度，平壁的厚度，m； 平壁的导热系数，平壁的导热系数，W/(m)或或W/(mK)； t1,t2 平壁两侧的温度，平壁两侧的温度，。 称为热阻，称为热阻，Q与与t成正比，与成正比，与R成反比，热阻成反比，热阻越大，热流量越小，传热速率越低。越大，热流量越小，传热速率越低。 RtAbtAbttttAbQ2121)(积分得：积分得：AbR 的上限从 改为 ；积分得： 从上式可知，当从上式可知，当 不随不随t变化，变化，tx直线关系；直线关系；若若 随随t变化关系为：变化关系为： ，则，则tx抛物抛物线关系。线关系。QdxAdtb

18、tt012 xbtt时，2xxtt时，AQxttttAxQ11)()1 (0kt（二）、通过多层平壁的稳定热传导（二）、通过多层平壁的稳定热传导假定：（假定：（1）一维、稳定的温度场；）一维、稳定的温度场； （2）各层接触良好，接触面两侧温度相同。）各层接触良好，接触面两侧温度相同。AbttAbttAbttQ334322321121总热阻总推动力iiiiiiiRttAbttAbtQ413141推广至推广至n层：层： QttbAttRniiinniin111111（三）、各层的温差（三）、各层的温差 上式说明，在稳定多层壁导热过程中，上式说明，在稳定多层壁导热过程中，哪层热阻大，哪层温差就大；反

19、之，哪层哪层热阻大，哪层温差就大；反之，哪层温差大，哪层热阻一定大。当总温差一定温差大，哪层热阻一定大。当总温差一定时，传热速率的大小取决于总热阻的大小。时，传热速率的大小取决于总热阻的大小。 ttttttbAbAbARRR122334112233123:四、通过圆筒壁的稳定热传导四、通过圆筒壁的稳定热传导（一）、通过单层圆筒壁的稳定热传导（一）、通过单层圆筒壁的稳定热传导 假设：假设：(1) 各点温度不随时间而变，稳定温度场；各点温度不随时间而变，稳定温度场； (2) 各点温度只沿径向变化，一维温度场。各点温度只沿径向变化，一维温度场。 一维稳定的温度场：一维稳定的温度场： rft 傅里叶定

20、律可写为：傅里叶定律可写为：QAtr dd热量衡算：热量衡算：tcrLdrQQpdrrr20tQQQrr drconst稳定温度场：稳定温度场： 即在稳定温度场中，各传热面的传热速率相同，即在稳定温度场中，各传热面的传热速率相同，不随不随r而变，统一用而变，统一用Q来表示，代入上面的傅里叶公来表示，代入上面的傅里叶公式中：式中：drdtrLdrdtAQ2rrtt11时，rrtt22时，21212ttrrrLdtQdr12211221ln1)(2ln)(2rrttLrrttLQ边界条件为：边界条件为：；设设 不随不随t而变，所以而变，所以 和和Q均可提到积分号外，得：均可提到积分号外，得：式中式

21、中 Q 热流量，即单位时间通过圆筒壁的热量，热流量，即单位时间通过圆筒壁的热量，W或或J/s； 圆筒壁的导热系数，圆筒壁的导热系数，W/(m)或或W/(mK)； t1,t2 圆筒壁两侧的温度，圆筒壁两侧的温度，。 r1,r2 圆筒壁内外半圆筒壁内外半径，径，m。几点说明几点说明热阻推动力RtAbttbttArrrrrrttLQmm212112121221ln)()(2mmLrA2)/ln(1212rrrrrmrr212221rrrm1上式可以变为：上式可以变为：其中其中b=r2-r1，为圆筒壁的厚度；，为圆筒壁的厚度；，为平均传热面积；，为平均传热面积；，为对数平均半径。，为对数平均半径。的圆

22、筒壁，以算术平均值代替对数平均值导的圆筒壁，以算术平均值代替对数平均值导。2对于对于致的误差致的误差Re10000，0.7Pr120， 210-5Pa.s，l/d60 注意事项：（注意事项：（1）定性温度取流体进出温度的算术平均值）定性温度取流体进出温度的算术平均值tm； （2）特征尺寸为管内径）特征尺寸为管内径di； （3）流体被加热时，）流体被加热时，n0.4，流体被冷却时，流体被冷却时，n0.3； （4）特征速度为管内平均流速。）特征速度为管内平均流速。以下是对上面的公式进行修正：以下是对上面的公式进行修正：a高黏度高黏度14. 0318 . 0)()()(027. 0wpcdud05.

23、 1)(14. 0w95. 0)(14. 0w对于液体，加热时：对于液体，加热时：冷却时：冷却时：b当当l/d50时则为短管时则为短管，由于管入口扰，由于管入口扰 动增大，动增大， 较大，乘上入口效应的修正系数。较大，乘上入口效应的修正系数。1 7 . 0ld 是在是在tm下下；而；而 W是在是在tw下下 c过渡区过渡区 2300Re10000时，先按湍流计算时，先按湍流计算 ，然，然后乘以小于后乘以小于1 的修正系数。的修正系数。Re1061 8 . 15 过渡区内流体比剧烈的湍流区内的流过渡区内流体比剧烈的湍流区内的流体的体的Re小，流体流动的湍动程度减少，层小，流体流动的湍动程度减少，层

24、流底层变厚，流底层变厚， 减小。减小。d流体在弯管中的对流传热系数流体在弯管中的对流传热系数 由于弯管处受离心力的作用，存在二次由于弯管处受离心力的作用，存在二次环流，湍动加剧，环流，湍动加剧， 增大。增大。先按直管计算，然先按直管计算，然后乘以大于后乘以大于1 的修正系数。的修正系数。式中式中d管径；管径； R弯管的曲率半径弯管的曲率半径)77. 11 (RdII4A4de润湿周边流动截面积54102.2101.2Ree非圆形直管内强制对流非圆形直管内强制对流 采用圆形管内相应的公式计算，特征尺寸采用圆形管内相应的公式计算，特征尺寸采用当量直径。采用当量直径。套管环隙：套管环隙：式中式中 d

25、1、d2分别为套管外管内径或内管外径。分别为套管外管内径或内管外径。适用范围：适用范围：d1/d2=1.6517，例例4-3 教材教材p/195318053012PrRe020.edd.dNu2圆形直管内的层流圆形直管内的层流14. 03/1)()Pr(Re86. 1wldNu0044. 0w2)()Pr(Re14. 03/1wld（1）Gr25000时，自然对流影响小可忽略时，自然对流影响小可忽略适用范围：适用范围：Re25000时，自然对流的影响不能时，自然对流的影响不能忽略时，乘以修正系数得忽略时，乘以修正系数得)01501 (8031/Gr. 在换热器设计中，应尽量避免在强制在换热器设

26、计中，应尽量避免在强制层流条件下进行传热，因为此时对流传热层流条件下进行传热，因为此时对流传热系数小，从而使总传热系数也很小。系数小，从而使总传热系数也很小。例例4-4 教材教材p/198（二）、管外强制对流传热（二）、管外强制对流传热1流体垂直流过管束流体垂直流过管束 流体垂直流过管束时，管束流体垂直流过管束时，管束的排列情况可以有直列和错列的排列情况可以有直列和错列两种。两种。 各排管各排管 的变化规律：第一的变化规律：第一排管，直列和错列基本相同；排管，直列和错列基本相同；第二排管，直列和错列相差较第二排管，直列和错列相差较大；第三排管以后（直列第二大；第三排管以后（直列第二排管以后），

27、基本恒定；从图排管以后），基本恒定；从图中可以看出，错列传热效果比直列好。中可以看出，错列传热效果比直列好。 流体流过管束时，每一排管上的平均对流传流体流过管束时，每一排管上的平均对流传热系数用下式计算热系数用下式计算x2x14 . 0PrRennCNuiiimAAAAAA321332211AA适用范围：适用范围：5000Re70000，x1/d=1.25，x2/d=1.25。（1）特性尺寸取管外径）特性尺寸取管外径do，定性温度取法与前，定性温度取法与前tm相同；相同；（2）流速）流速u取每列管子中最窄流道处的流速，即最大流速。取每列管子中最窄流道处的流速，即最大流速。（3）C， ，n取决于

28、排列方式和管排数，由实验测定，具体取决于排列方式和管排数，由实验测定，具体 取值。取值。 对于前几列而言，各列的对于前几列而言，各列的 ，n不同，因此不同，因此 也不同。也不同。 排列方式不同（直列和错列），对于相同的列，排列方式不同（直列和错列），对于相同的列， ，n不不 同，同， 也不同。也不同。(表表4-3 p/201)（4）对某一排列方式，由于各列的）对某一排列方式，由于各列的 不同，应按下式求平均不同，应按下式求平均 的对流传热系数：的对流传热系数：式中式中 i各列的对流传热系数；各列的对流传热系数； Ai各列传热管的外表面积。各列传热管的外表面积。2流体在管壳间的对流传热流体在管壳

29、间的对流传热14. 03155. 0)(PrRe36. 0weudN 一般在列管换热器的壳程加折流挡板，折流挡一般在列管换热器的壳程加折流挡板，折流挡板分为圆形和圆缺形两种。由于装有不同形式的折流板分为圆形和圆缺形两种。由于装有不同形式的折流挡板，流动方向不断改变，在较小挡板，流动方向不断改变，在较小Re下（下（Re=100）即可达到湍流。即可达到湍流。 圆缺形折流挡板，圆缺形折流挡板， 的计算式：的计算式：适用范围：适用范围：Re=2103106。定性温度：进、出口温度平均值定性温度：进、出口温度平均值tm w为以管壁温为定性温度的流体黏度为以管壁温为定性温度的流体黏度0202)4(4ddt

30、de0202)423(4ddtde)1 (A0tdsD特征尺寸：（特征尺寸：（1）当量直径）当量直径de 正方形排列：正方形排列： 正三角形排列：正三角形排列：（2）流速）流速u根据流体流过的最大根据流体流过的最大截面积截面积A计算计算式中式中 s相邻挡板间的距离；相邻挡板间的距离； D壳体的内径。壳体的内径。（三）、大空间的自然对流传热（三）、大空间的自然对流传热 所谓大空间自然对流传热是指冷表面或热表面所谓大空间自然对流传热是指冷表面或热表面（传热面）放置在大空间内，并且四周没有其它阻（传热面）放置在大空间内，并且四周没有其它阻碍自然对流的物体存在，如沉浸式换热器的传热过碍自然对流的物体存

31、在，如沉浸式换热器的传热过程、换热设备或管道的热表面向周围大气的散热。程、换热设备或管道的热表面向周围大气的散热。对流传热系数仅与反映自然对流的对流传热系数仅与反映自然对流的Gr和反映物性和反映物性的的Pr有关，依经验式计算：有关，依经验式计算： NuC（Gr Pr）nnptLgcLC)(223（1）特性尺寸对水平管取外径）特性尺寸对水平管取外径do，垂直管或板取管长和板高，垂直管或板取管长和板高H。（2）定性温度取膜温（）定性温度取膜温（tm+tw）/2。（3）C，n值列在书表值列在书表4-4中中(p/204)。第五节第五节 热热 辐辐 射射 任何物体，只要其绝对温度大于零度，任何物体，只要

32、其绝对温度大于零度，都会不停地以电磁波的形式向外辐射能量；都会不停地以电磁波的形式向外辐射能量；同时，又不断吸收来自外界其他物体的辐射同时，又不断吸收来自外界其他物体的辐射能。当物体向外界辐射的能量与其从外界吸能。当物体向外界辐射的能量与其从外界吸收的辐射能不等时，该物体与外界就产生热收的辐射能不等时，该物体与外界就产生热量的传递，这种传热方式称为热辐射。量的传递，这种传热方式称为热辐射。 辐射能可以在真空中传播，不需要任何辐射能可以在真空中传播，不需要任何物质作媒介。物质作媒介。 一、热辐射的基本概念一、热辐射的基本概念 辐射：辐射：物体通过电磁波来传递能量的过程。物体通过电磁波来传递能量的

33、过程。热辐射：热辐射：物体由于热的原因以电磁波的形式物体由于热的原因以电磁波的形式 向外发射能量的过程。向外发射能量的过程。 如图所示，假设外界投射到物如图所示，假设外界投射到物体表面上的总能体表面上的总能量量Q，其中一部，其中一部分进入表面后被物体吸收分进入表面后被物体吸收Q，一部分被物体反射一部分被物体反射Q，其余部，其余部分穿透物体分穿透物体Q。QQQQ1QQQQQQQQQQQQ1按能量守恒定律：按能量守恒定律：或或式中式中吸收率，用吸收率，用表示；表示；反射率，用反射率，用表示；表示；穿透率，用穿透率，用表示。表示。001 吸收率、反射率和透过率的大小取决于物体吸收率、反射率和透过率的

34、大小取决于物体的性质、温度、表面状况和辐射线的波长等，一的性质、温度、表面状况和辐射线的波长等，一般来说，表面粗糙的物体吸收率大。般来说，表面粗糙的物体吸收率大。 对于固体和液体不允许热辐射透过，即对于固体和液体不允许热辐射透过，即 ；而气体对热辐射几乎无反射能力，即而气体对热辐射几乎无反射能力，即 ； 黑体黑体：能全部吸收辐射能的物体。即：能全部吸收辐射能的物体。即 ；白体白体：能全部反射辐射能的物体。即：能全部反射辐射能的物体。即 ；1 透热体透热体：能透过全部辐射能的物体。即：能透过全部辐射能的物体。即 ；1灰体：灰体：指能够以相同的吸收率吸收所有波长指能够以相同的吸收率吸收所有波长的辐

35、射能的物体。的辐射能的物体。 二、辐射基本定律二、辐射基本定律 物体在一定温度下，单位表面积、单位时物体在一定温度下，单位表面积、单位时间内所发射的全部辐射能（波长从间内所发射的全部辐射能（波长从0到到 ），称），称为该物体在该温度下的发射能力，以为该物体在该温度下的发射能力，以E表示，表示，单位单位W/ 。 2m40bTEEb0567108.W / (mK )24T1. 黑体的发射能力黑体的发射能力 斯蒂芬斯蒂芬-波尔茨曼定律：黑体的辐射能力与波尔茨曼定律：黑体的辐射能力与其表面的绝对温度的四次方成正比。其表面的绝对温度的四次方成正比。式中式中黑体的辐射能力，黑体的辐射能力，W/m2；黑体辐

36、射常数，其值为黑体辐射常数，其值为；黑体表面的绝对温度，黑体表面的绝对温度，K。 斯蒂芬斯蒂芬-波尔茨曼定律表明黑体的辐射能力与其波尔茨曼定律表明黑体的辐射能力与其表面的绝对温度的四次方成正比，表面的绝对温度的四次方成正比，也称为四次方也称为四次方定律。定律。显然热辐射与对流和传导遵循完全不同的显然热辐射与对流和传导遵循完全不同的规律。斯蒂芬规律。斯蒂芬-波尔茨曼定律表明辐射传热对温度波尔茨曼定律表明辐射传热对温度异常敏感，低温时热辐射往往可以忽略，而高温异常敏感，低温时热辐射往往可以忽略，而高温时则成为主要的传热方式。时则成为主要的传热方式。ECTb04100C0567.W / (mK )2

37、4式中式中黑体辐射系数，其值为黑体辐射系数，其值为2. 实际物体的发射能力实际物体的发射能力黑度黑度 ： 0EE 物体的黑度物体的黑度 表示为实际物体的辐射能力与黑体的表示为实际物体的辐射能力与黑体的辐射能力之比。由于实际物体的辐射能力小于同温度下辐射能力之比。由于实际物体的辐射能力小于同温度下黑体的辐射能力，黑度表示实际物体接近黑体的程度，黑体的辐射能力，黑度表示实际物体接近黑体的程度， T2。 灰体灰体1所发射的能量所发射的能量E1投射到黑体投射到黑体2上上被全部吸收；黑体被全部吸收；黑体2所发射的能量所发射的能量Eb投射到投射到灰体灰体1上只能被部分吸收，即上只能被部分吸收，即 1Eb的

38、能量被的能量被吸收，其余部分吸收，其余部分(1 1)Eb被反射回黑体后被反射回黑体后被黑体被黑体2吸收。吸收。 两平板间热交换的结果，以灰体两平板间热交换的结果，以灰体1为例，发射的为例，发射的能量为能量为E1，吸收的能量为，吸收的能量为a1Eb，两者的差为：，两者的差为： bEEQ11当两平壁间的热交换达到平衡时，且灰体当两平壁间的热交换达到平衡时，且灰体1所发射的所发射的辐射能与其吸收的能量必然相等，即辐射能与其吸收的能量必然相等，即E1=1Eb或或bEE11推广到任一平壁，得：推广到任一平壁，得： )(11TfEEEb 克希霍夫定律克希霍夫定律 说明任何物体的辐射能力与其吸收率的比值恒为

39、常说明任何物体的辐射能力与其吸收率的比值恒为常数，且等于同温度下黑体的辐射能力，故其数值与物体数，且等于同温度下黑体的辐射能力，故其数值与物体的温度有关。与黑度的公式相比较，得：的温度有关。与黑度的公式相比较，得： bEE三、固体间的辐射传热三、固体间的辐射传热 两固体间的辐射传热总的结果是热量从高温物体两固体间的辐射传热总的结果是热量从高温物体传向低温物体。它们之间的辐射传热计算非常复杂，传向低温物体。它们之间的辐射传热计算非常复杂，与两固体的吸收率、反射率、形状及大小有关，还与与两固体的吸收率、反射率、形状及大小有关，还与两固体间的距离和相对位置有关。两固体间的距离和相对位置有关。 角系数

40、角系数 ij表示物体表示物体i的表面辐射总能量落到另一物的表面辐射总能量落到另一物体体j上的份额，即上的份额，即发出的总辐射能由表面发出的辐射能上的由表面落到表面iijijAAA工业上常遇到以下几种情况的固体之间的相互辐射：工业上常遇到以下几种情况的固体之间的相互辐射：（1）两平行物面之间的辐射，一般又可分为极大的）两平行物面之间的辐射，一般又可分为极大的两平行面的辐射和面积有限的两相等平行面间的辐射两平行面的辐射和面积有限的两相等平行面间的辐射两种情况。两种情况。（2）一物体被另一物体）一物体被另一物体 包围时的辐射。包围时的辐射。两固体之间的辐射传热两固体之间的辐射传热,可用下式表示：可用下式表示： 4241212121)100()100(TTACQ式中式中Q1-2高温物体高温物体1向低温物体向低温物体2传递的热量，传递的热量，W；C1-2总辐射系数，总辐射系数，W/(m2.K4)； 1-2几何因子或角系数几何因子或角系数(总能量被拦截分率总能量被拦截分率)； A辐射面积，辐射面积，m2； T1高温物体的温度，高温物体的温度，K； T2低温物体的温度，低温物体的温度，K。 其中总辐射系数其中总辐射系数C1-2和角系数和角系数 1-2的数值与物体黑的数值与物体黑度、形状、大小、距离及