第一节 换热过程

1、 第一节第一节 换热过程换热过程 第二节第二节 传热过程传热过程 一、传热学的基本概念一、传热学的基本概念 二、热传递的三种基本方式二、热传递的三种基本方式 三、导热三、导热 四、对流换热四、对流换热 五、辐射换热五、辐射换热一、传热学的基本概念1 、传热学传热学：传热学是研究热量传递规律的学科。：传热学是研究热量传递规律的学科。 1)物体内只要存在温差，就有热量从物体的高温部分传向低温部分；物体内只要存在温差，就有热量从物体的高温部分传向低温部分； 2)物体之间存在温差时，热量就会自发的从高温物体传向低温物体。物体之间存在温差时，热量就会自发的从高温物体传向低温物体。 由于自然界和生产技术中

2、几乎均有温差存在，所以热量传递已成为由于自然界和生产技术中几乎均有温差存在，所以热量传递已成为自然界和生产技术中一种普遍现象。自然界和生产技术中一种普遍现象。 2 、热量传递过程热量传递过程：根据物体温度与时间的关系，热量传递过程可分为两类：（根据物体温度与时间的关系，热量传递过程可分为两类：（ 1 ）稳态）稳态传热过程；（传热过程；（ 2 ）非稳态传热过程。）非稳态传热过程。 1）稳态传热过程稳态传热过程（定常过程）：凡是物体中各点温度不随时间而变（定常过程）：凡是物体中各点温度不随时间而变的热传递过程均称稳态传热过程。的热传递过程均称稳态传热过程。 2）非稳态传热过程非稳态传热过程（非定常

3、过程）：凡是物体中各点温度随时间的（非定常过程）：凡是物体中各点温度随时间的变化而变化的热传递过程均称非稳态传热过程。变化而变化的热传递过程均称非稳态传热过程。 各种热力设备在持续不变的工况下运行时的热传递过程属稳态传热各种热力设备在持续不变的工况下运行时的热传递过程属稳态传热过程；而在启动、停机、工况改变时的传热过程则属过程；而在启动、停机、工况改变时的传热过程则属 非稳态传热过非稳态传热过程。程。 3、讲授传热学的重要性及必要性、讲授传热学的重要性及必要性 1） 、传热学是热工系列课程教学的主要内容之一，是热能动力、传热学是热工系列课程教学的主要内容之一，是热能动力专业必修的专业基础课。是

4、否能够熟练掌握课程的内容，直接影专业必修的专业基础课。是否能够熟练掌握课程的内容，直接影响到后续专业课的学习效果。响到后续专业课的学习效果。 2 ）、传热学在生产技术领域中的应用十分广泛。如：热能动力）、传热学在生产技术领域中的应用十分广泛。如：热能动力学、环境技术、材料学、微电子技术、航空航天技术存在着大量学、环境技术、材料学、微电子技术、航空航天技术存在着大量的传热学问题，而且起关键性作用。随着大规模集成电路集成温的传热学问题，而且起关键性作用。随着大规模集成电路集成温度的不断提高，电子器件的冷却问题越显突出。度的不断提高，电子器件的冷却问题越显突出。 3 ）、传热学的发展和生产技术的进步

5、具有相互依赖和相互促）、传热学的发展和生产技术的进步具有相互依赖和相互促进的作用。进的作用。 传热学在生产技术发展中已成为一门理论体系初具完善、内容传热学在生产技术发展中已成为一门理论体系初具完善、内容不断充实、充满活力的主要基础科学。高参数大容量发电机组的不断充实、充满活力的主要基础科学。高参数大容量发电机组的发展，原子、太阳、地热能的利用，航天技术、微电子技术、生发展，原子、太阳、地热能的利用，航天技术、微电子技术、生物工程的发展，推动传热学的发展，而传热学的发展又促进生产物工程的发展，推动传热学的发展，而传热学的发展又促进生产技术的进步发展。同时，随着生产技术及新兴科学技术的发展，技术的

6、进步发展。同时，随着生产技术及新兴科学技术的发展，又向传热学提出了新的挑战和新的研究课题。又向传热学提出了新的挑战和新的研究课题。 Q),(zyxft1、导热的基本概念、导热的基本概念稳态温度场非稳态温度场),(zyxft),(zyxft等温面与等温线：等温面与等温线：在温度场中在温度场中, ,将温度相等的点连成面将温度相等的点连成面即为等温面。等温面与任一平面的交线便是等温线。即为等温面。等温面与任一平面的交线便是等温线。等温线与另一条温度不同的等温线不可能相交等温线与另一条温度不同的等温线不可能相交, ,它可以它可以是封闭曲线或者终止于物体的界面上。是封闭曲线或者终止于物体的界面上。热流线

7、与等温线垂直，且指向温热流线与等温线垂直，且指向温度降低的方向。度降低的方向。2）、）、用用grad tgrad t表示。它是在等温面表示。它是在等温面法线方向上单位长度的温度法线方向上单位长度的温度增量增量, ,它是一个矢量它是一个矢量, , 指向温度指向温度增大的方向增大的方向ntnttgradn0limn热流的方向与温度梯度方向相反热流的方向与温度梯度方向相反 3）热流量单位时间内通过某一给定面积的热量称为热流量，记为，单位w。 4）热流密度（面积热流量）单位时间内通过单位面积的热量称为热流密度，记为q，单位w/。WAgradtQ热流量2/mWgradtq热流密度)/(Kmwgradtq

8、1）、）、 平壁导热平壁导热（1）、单层平壁）、单层平壁平壁的长和宽远远大于，且两侧壁面温度保持t1和t2，则热量只沿x方向传导，为一维温度场。dxdtq无内热源、常物性、一维稳态导热微分方程022xta022dxtd4、导热热阻的分析、导热热阻的分析1cdxdt一次积分21cxct二次积分边界条件210ttxttx时，时，12121tcttc112txtttrttttq21阻平壁单位面积的导热热ARr123123（2）、多层平壁的导热）、多层平壁的导热12111ttq23222ttq34333ttq稳态：q1=q2=q333221133221141tttq（1）、单层圆筒壁）、单层圆筒壁导热

9、只沿半径方向drdtrdrdtAql12rdrqdtl2分离变量积分crqtlln2边界条件2211ttrrttrr时，时，2）圆筒壁导热）圆筒壁导热121221ln2)ln(ln2rrqrrqttll通过每米管长的导热量mWrttttddql2121111ln2为每米管长的导热热阻12ln21ddrl（2）、多层圆筒壁的导热）、多层圆筒壁的导热343232121411ln21ln21ln21ddddddttq 当d2/d12时，若按平壁计算，其误差不超过4；当d2/d11.3时，其误差不超过0.5。对于锅炉中的管子、冷凝器中的管子以及气缸壁，都可以用平壁公式来计算。 四、对流换热四、对流换热

10、1) 对流对流：是指由于流体的宏观运动，从而使流体各部分之间发：是指由于流体的宏观运动，从而使流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。 对流仅发生在流体中，对流的同时必伴随有导热现象对流仅发生在流体中，对流的同时必伴随有导热现象。 2) 对流换热对流换热：流体流过一个物体表面时的热量传递过程，称为：流体流过一个物体表面时的热量传递过程，称为对流换热。对流换热。 3） 、对流换热的分类、对流换热的分类 根据对流换热时是否发生相变来分根据对流换热时是否发生相变来分：有相变的对流换热和无：有相变的对流换热和无相变的对流换热。

11、相变的对流换热。 根据引起流动的原因分根据引起流动的原因分：自然对流和强制对流。：自然对流和强制对流。 1 1、对流换热的基本概念、对流换热的基本概念（1 ）自然对流）自然对流：由于流体冷热各部分的密度不同而引起：由于流体冷热各部分的密度不同而引起流体的流动。流体的流动。 如：暖气片表面附近受热空气的向上流动。如：暖气片表面附近受热空气的向上流动。 （2 ）强制对流）强制对流：流体的流动是由于水泵、风机或其他压：流体的流动是由于水泵、风机或其他压差作用所造成的。差作用所造成的。 (3 ）沸腾换热及凝结换热）沸腾换热及凝结换热： 液体在热表面上沸腾及蒸汽在冷表面上凝结的对流换液体在热表面上沸腾及

12、蒸汽在冷表面上凝结的对流换热，称为沸腾换热及凝结换热（相变对流沸腾）。热，称为沸腾换热及凝结换热（相变对流沸腾）。 运动着的流体与固体壁面之间的热传递运动着的流体与固体壁面之间的热传递过程称为对流换热。对流换热是热对流过程称为对流换热。对流换热是热对流和热传导两种热传递基本方式同时起作和热传导两种热传递基本方式同时起作用的一种复杂的热传递过程。因此用的一种复杂的热传递过程。因此,影响影响对流换热的因素远比导热要多。对流换热的因素远比导热要多。222fttAQ2222221RttAttQffAR2121 1）、对流换热系数）、对流换热系数KmWtq2固体壁面温度与流体温度之间温差的绝对值；热流密

13、度，约定恒取正值；对流换热系数,简称换热系数,单位为（）。2）、影响换热系数的因素）、影响换热系数的因素（1）.流体流动的动力因素强迫对流自然对流无流体微团的横向脉动，法线方向为导热流体冷、热部分的密度差产生的浮升力引起，无整齐的宏观运动，浮升力的大小是决定因素。（2）.流体流动的状态层流紊流过渡状态外力迫使流体产生运动，有整齐的宏观运动，流速是决定因素。有流体微团的横向脉动（3）.流体的热物性导热系数、比热容c、动力粘度、密度（4）.换热壁面的热状态（壁温的大小）有相变无相变壁温高于流体饱和温度，发生汽化沸腾现象对流换热系数比有相变时小得多（5).换热壁面的几何因素换热壁面的形状、大小以及相

14、对于流动方向的位置都会引起换热系数的变化。3)、确定对流换热系数的方法、确定对流换热系数的方法数学分析法、实验法和类比法(1).数学分析法质量守恒、能量守恒和动量守恒描述一般的对流换热现象，利用某一特定现象的单值条件，建立一个对流换热的物理模型，进行数学分析，求得换热系数。现象所服从的基本规律某一具体的换热现象数学分析对流换热现象=对流换热微分方程组+单值条件边界层方法的分析解离散化方法的数值解求近似解(2).实验法经验法半经验法利用实验测得的数据，计算出换热系数值，再利用在该实验范围内获得的一系列值，整理成经验公式。根据换热现象的物理模型，用相似理论找到判别一组相似的对流换热现象所具有的充要

15、条件，应用大量实验数据整理出适用于某一实验范围内的准则方程。现象所服从的基本规律某一具体的换热现象相似理论对流换热现象=对流换热微分方程组+单值条件准则方程(3).类比法将对流换热过程中的热量传递和动量传递相类比，用数学关系式将两个传递现象联系起来，由流体流动的阻力规律来求解对流换热规律。理论分析或实验测试热量传递和动量传递的类比规律基本规律和基本假设对流换热现象=流体流动的阻力规律对流换热规律4、对流换热热阻分析、对流换热热阻分析 典型的对流换热过程的特征典型的对流换热过程的特征（1）平壁的对流换热）平壁的对流换热3121PrRe664. 0mmmNu 定性温度)(21wfmttt定形尺寸为

16、沿流动方向平壁的长度L（2）圆筒壁的对流换热）圆筒壁的对流换热入口段的热边界层较薄，局部换热系数比充分发展段入口段的热边界层较薄，局部换热系数比充分发展段的高，且沿着主流方向逐渐降低，逐渐靠近充分发展的高，且沿着主流方向逐渐降低，逐渐靠近充分发展段，局部换热系数逐渐趋于稳定。工程技术中常常利段，局部换热系数逐渐趋于稳定。工程技术中常常利用入口段换热效果好这一特点来强化设备的换热。用入口段换热效果好这一特点来强化设备的换热。1）对流换热热阻分析）对流换热热阻分析用管子进口和出口截面上的平均温度的算术平均值来表示定性温度)(21fffttt2）典型的对流换热过程的特征）典型的对流换热过程的特征A.

17、流体横掠单管时的换热（1）受迫对流换热）受迫对流换热B、流体横掠圆管束时的换热、流体横掠圆管束时的换热（2）自然对流换热）自然对流换热流体受壁面加热或冷却而引起的自然对流换热流体受壁面加热或冷却而引起的自然对流换热 与流体在壁面附近的由温度差异所形成的浮升力有与流体在壁面附近的由温度差异所形成的浮升力有关。不均匀的温度场造成了不均匀的密度场，由此关。不均匀的温度场造成了不均匀的密度场，由此产生的浮升力成为运动的动力。在热壁面上的空气产生的浮升力成为运动的动力。在热壁面上的空气被加热而上浮被加热而上浮,而未被加热的较冷空气因密度较大而而未被加热的较冷空气因密度较大而下沉。所以自然对流换热时下沉。

18、所以自然对流换热时,壁面附近的流体不像受壁面附近的流体不像受迫对流换热那样朝同一方向流动。一般情况下，不迫对流换热那样朝同一方向流动。一般情况下，不均匀温度场仅发生在靠近换热壁面的薄层之内。在均匀温度场仅发生在靠近换热壁面的薄层之内。在贴壁处，流体温度等于壁面壁面温度贴壁处，流体温度等于壁面壁面温度tW，在离开壁，在离开壁面的方向上逐步降低至周围环境温度。面的方向上逐步降低至周围环境温度。 A、无限空间自然对流换热、无限空间自然对流换热换热面附近流体的运动状况只取决于换热面的形状、尺寸和温换热面附近流体的运动状况只取决于换热面的形状、尺寸和温度，而与空间围护壁面无关，因此称为无限空间自然对流换

19、热。度，而与空间围护壁面无关，因此称为无限空间自然对流换热。B、有限空间自然对流换热、有限空间自然对流换热(3) 蒸气凝结换热蒸气凝结换热膜状凝结：膜状凝结：如果能够湿润，蒸汽就在壁面上形成一如果能够湿润，蒸汽就在壁面上形成一层液膜，并受重力作用而向下流动，称为膜状凝结。层液膜，并受重力作用而向下流动，称为膜状凝结。珠状凝结：珠状凝结：当冷凝液体不能湿润冷却壁面时当冷凝液体不能湿润冷却壁面时,它就在它就在冷表面上形成小液滴冷表面上形成小液滴,饱和蒸气在这些液滴上凝结饱和蒸气在这些液滴上凝结,使使液滴形成半径愈来愈大的液珠。当液珠的重力大于液滴形成半径愈来愈大的液珠。当液珠的重力大于其对壁面的附

20、着力时其对壁面的附着力时,液珠便脱离凝结核心而沿壁面液珠便脱离凝结核心而沿壁面滚下。这些滚下的液珠冲掉了沿途所有的液滴滚下。这些滚下的液珠冲掉了沿途所有的液滴,于是于是蒸气又在这些裸露的冷壁面上重新在凝结核心处形蒸气又在这些裸露的冷壁面上重新在凝结核心处形成小液滴。这称之为珠状凝结。成小液滴。这称之为珠状凝结。 珠状凝结存在着裸露的表面，所以，其对流换热系数珠状凝结存在着裸露的表面，所以，其对流换热系数比膜状凝结大。比膜状凝结大。A、竖壁上的膜状凝结、竖壁上的膜状凝结液膜愈厚，愈小。液膜内的温度分布为线性。B、水平单管上的膜状凝结、水平单管上的膜状凝结C、水平管束的膜状凝结、水平管束的膜状凝结

21、由于上一排的凝结液流至下一排水平管上会使液膜增厚，使换热系数降低。D、影响凝结换热的主要因素、影响凝结换热的主要因素蒸气流速的影响当蒸气流速大于当蒸气流速大于10 m/s时，若流速方向与液膜下时，若流速方向与液膜下流方向一致，则液膜变薄，换热系数流方向一致，则液膜变薄，换热系数增大；增大； 若蒸气流速与液膜下流方向相反，则液膜增厚，若蒸气流速与液膜下流方向相反，则液膜增厚，减小。若蒸气减小。若蒸气 流动速度很大，以致将液膜吹离壁面，流动速度很大，以致将液膜吹离壁面，则则显著增大。显著增大。2.蒸气中含有不凝结气体的影响蒸气中含有不凝结气体的影响如蒸气中含有空气或其它不凝结气体如蒸气中含有空气或

22、其它不凝结气体,换热系数就会换热系数就会显著下降。显著下降。在氟利昂制冷装置中，一旦氟利昂中混入空气，这些在氟利昂制冷装置中，一旦氟利昂中混入空气，这些不凝结的空气就会聚集在冷凝器管壁附近而严重影响不凝结的空气就会聚集在冷凝器管壁附近而严重影响氟利昂蒸气的凝结换热，致使冷凝器压力过高。因此，氟利昂蒸气的凝结换热，致使冷凝器压力过高。因此，必须将聚集在冷凝器中的空气放掉，以改善凝结换热必须将聚集在冷凝器中的空气放掉，以改善凝结换热过程过程,使冷凝压力恢复正常。使冷凝压力恢复正常。(4) 液体沸腾换热液体沸腾换热A、泡状沸腾过程的特点、泡状沸腾过程的特点1.水在大容器中泡状沸腾时的温度分布水在大容

23、器中泡状沸腾时的温度分布.汽化核心数与过热度的关系汽化核心数与过热度的关系当加热壁面上的液体具有一定过热度时，在它的粗当加热壁面上的液体具有一定过热度时，在它的粗糙不平处就会形成气泡，如图所示，产生汽泡处为糙不平处就会形成气泡，如图所示，产生汽泡处为汽化核心。汽化核心。加热壁面上的气化核心数，取决于壁面的过热度加热壁面上的气化核心数，取决于壁面的过热度和壁面的粗糙程度，并随二者的增加而和壁面的粗糙程度，并随二者的增加而增加。增加。3.气泡生成的频率与过热度的关系气泡生成的频率与过热度的关系只要加热面不断地被加热只要加热面不断地被加热,气化核心处就会每隔一气化核心处就会每隔一定时间形成一个气泡。

24、每生成一个气泡所需时间定时间形成一个气泡。每生成一个气泡所需时间的倒数称为的倒数称为气泡的生成频率。气泡的生成频率。壁面的过热度愈大，壁面的过热度愈大，频率也愈大。频率也愈大。泡状沸腾时壁面过热度愈大，在单位壁面上的气化核泡状沸腾时壁面过热度愈大，在单位壁面上的气化核心数愈多，气泡生成频率也愈大。显然此时的换热系心数愈多，气泡生成频率也愈大。显然此时的换热系数数也愈高。也愈高。 B、泡状沸腾变为膜状沸腾的临界热流密度、泡状沸腾变为膜状沸腾的临界热流密度由泡状沸腾变为膜状沸腾的转折点由泡状沸腾变为膜状沸腾的转折点C时的时的 tcr、 cr以及以及qcr称作称作临界温差、临界换热系数以及临界热流密

25、度临界温差、临界换热系数以及临界热流密度。板面过热度在板面过热度在D点以后的值，都呈膜态沸腾，人们称点以后的值，都呈膜态沸腾，人们称D点为点为“莱登佛罗斯特莱登佛罗斯特”点点。 五、五、 辐射换热辐射换热 1）热辐射）热辐射(thermal radiation)的本质的本质物体中的原子内部，处于束缚态的电子从高能态能物体中的原子内部，处于束缚态的电子从高能态能级向低能态能级跃迁时，级向低能态能级跃迁时，由于电子跃迁所释放的能量由于电子跃迁所释放的能量就以交替变化的电磁波向四周放射出去，这种能量就就以交替变化的电磁波向四周放射出去，这种能量就叫做辐射能。叫做辐射能。 辐射能是原子内部复杂激动的结

26、果。物体的温度只辐射能是原子内部复杂激动的结果。物体的温度只要高于绝对零度，它便不可避免地发射出辐射能，物要高于绝对零度，它便不可避免地发射出辐射能，物体的温度愈高则发射的辐射能量愈多。体的温度愈高则发射的辐射能量愈多。 热辐射是不依赖任何介质、用电磁波来传递热能热辐射是不依赖任何介质、用电磁波来传递热能的一种热传递方式，辐射换热是可以在真空中以光的一种热传递方式，辐射换热是可以在真空中以光速进行的热传递过程。速进行的热传递过程。1、辐射换热的基本概念、辐射换热的基本概念 根据不同波长范围的电磁波效应和用途，分为宇宙射线、射线、x射线、紫外线、可见光、红外线和无线电波等。热射线的波长主要位于0

27、.4100m的范围内，其中包括可见光（波长0.40.7m）和红外线（波长0.725m的近红外线和波长25100m的远红外线）。热射线2）物体的吸收率、反射率和穿透率）物体的吸收率、反射率和穿透率QA/Q物体的吸收率吸收率AQR/Q物体的反射率反射率RQD/Q物体的穿透率穿透率DQQQQDRA1QQQQQQDRAA+R+D=1A=1的物体称为黑体黑体(blackbody)R=1的物体称为白体白体D=1的物体称为透明体透明体黑体的一切量，都用下标黑体的一切量，都用下标“0”表示表示颜色的深浅对可见光的吸收率影响较大。颜色的深浅对可见光的吸收率影响较大。对红外线来说，吸收率主要取决于物体表面的粗糙度

28、，对红外线来说，吸收率主要取决于物体表面的粗糙度，不管什么颜色，平滑面和磨光面，其反射率都要比粗不管什么颜色，平滑面和磨光面，其反射率都要比粗糙面高好几倍。糙面高好几倍。3）绝对黑体、绝对白体、绝对透明体）绝对黑体、绝对白体、绝对透明体4）、辐射力和单色辐射）、辐射力和单色辐射力力气体对于辐射能几乎不反射，气体对于辐射能几乎不反射，R0，A+D=1。当辐射能投射到固体或液体的表面时，在进入表面很当辐射能投射到固体或液体的表面时，在进入表面很小距离内即被吸收完毕，小距离内即被吸收完毕， D0，A+R=1。凡是善于吸收的物体（凡是善于吸收的物体（A比较大），就不善于反射（比较大），就不善于反射（R

29、较小），善于反射的物体，则不善于吸收。较小），善于反射的物体，则不善于吸收。（1）、辐射力：辐射力：物体每单位表面积在单位时间内所放射出去的从=0到=的一切波长的辐射总能量。（2）、单色辐射力：单色辐射力：在到d的波长范围内，物体辐射力为dE，dE除以该波长间隔d所得的商。2/mWAQE3/mWddEE2、 热辐射的基本定律热辐射的基本定律 1）、普朗特定律（）、普朗特定律（Plancks law)3)/(51, 0/12mWeCETC各种不同温度下黑体的单色辐射力按波长变化的规律。2）、维恩位移定律）、维恩位移定律(Wiens displacement law)在一定温度下，对应于最大单色辐

30、射力的波长m，与该黑体热力学温度T成反比。KmTm3109 . 23）、斯蒂芬）、斯蒂芬-波尔兹曼定律波尔兹曼定律 (Stefan-Boltzmanns law）射系数，称为绝对黑体的辐)/(5.669/1004202400KmWCmWTCEdEEo0,0黑体的辐射力与其本身热力学温度的四次方成正比。射常数，称为绝对黑体的辐)/(105.67/42802400KmWmWTE4）、兰贝特定律）、兰贝特定律(Lamberts law)（1）、立体角立体角(solid angle) ：球面上的给定面积对球心所张的球面角，它的大小用该面积除以球面半径的平方来计算。单位用符号sr（球面度）表示。2rda

31、dsrrasrra2,21,22（2）、可见面积：）、可见面积：沿P方向发射的辐射能，dA的可见面积就是其在与P垂直方向的投影面积。ndApn方向：可见面积为dAp方向：可见面积为dAcos=90，可见面积为0（3）、定向辐射强度）、定向辐射强度(directional radiation intensity)：单位时间内与发射方向垂直的单位可见面积在单位立体角内所发射的辐射能。coscos222rdadAQdddAQdIdadAdadAp)/(2srmW物体表面在半球空间各方向上，如定向辐射强度均相等，即Ip,1=Ip,2=-=In则该物体表面称为漫辐射漫辐射表面，表面，只有绝对黑体表面才是

32、是漫辐射表面。兰贝特定律：兰贝特定律：绝对黑体表面沿半球空间各方向上，定向辐射强度均相等。0IIpcos0, 02IdAdQddadA022cosIrdadAQdIdadAp单位时间内，黑体表面积沿半球空间不同方向在单位单位时间内，黑体表面积沿半球空间不同方向在单位立体角内所发射的辐射能是不同的。立体角内所发射的辐射能是不同的。对于黑体黑体微元面积dA向半球空间发射的辐射能量dQ0,dA黑体辐射力等于其定向辐射强度黑体辐射力等于其定向辐射强度I0的的 倍。倍。dAIdddAIddAIdQdA020200200, 0cossincos0, 00IdAdQEdA黑体辐射能量按波长分布服从普朗克定律

33、，按空间分布服从兰贝特定律，辐射力的大小由斯蒂芬波尔兹曼定律确定。维恩位移定律揭示了最大单色辐射力的分布规律。5）、基尔霍夫定律（）、基尔霍夫定律（Kirchhoffs law)物体辐射力与吸收率的联系。表面2辐射换热收支差额：0AEEq热平衡时T=T0，q=0AEEAEE00或基尔霍夫定律：基尔霍夫定律：任何物体的辐射力与吸收率的比值恒等于同温度下的绝对黑体的辐射力，而与物体的性质无关。0332211.EAEAEAE对任何物体（1)、基尔霍夫定律的数学表达式：、基尔霍夫定律的数学表达式：A1，所以，在任何温度下，各种物体中以绝对黑体的辐射力为最大。物体的辐射力越大，它的吸收率也越大。(2）、

34、黑度）、黑度(blackness or emissivity)：实际物体的辐射力E与同温度下绝对黑体的辐射力E0之比称为“黑度”。0EE在温度相等的热平衡条件下，物体的黑度恒等于它的吸收率，即A黑度表明物体辐射力接近黑体辐射力的程度，是分析黑度表明物体辐射力接近黑体辐射力的程度，是分析和计算辐射换热的一个重要参数。同一物体的黑度随和计算辐射换热的一个重要参数。同一物体的黑度随本身的温度和表面状态而不同。本身的温度和表面状态而不同。单色黑度：单色黑度：物体的单色辐射力E与同温度下绝对黑体的单色辐射力E0,之比，即：AEE, 01）、灰体（）、灰体（graybody)：如在所有波长下，物体的单色辐

35、射力E与同温度、同波长下绝对黑体的单色辐射力E0,之比为定值，这样的物体称为“灰体”。实际物体称为灰体的单色黑度。定值, 0EE其值与波长无关，且小于1。3、实际物体的辐射特性、实际物体的辐射特性灰体的性质：灰体的性质：灰体1、灰体的辐射光谱是连续的，而且曲线与同温度下绝对黑体的光谱曲线相似。2、灰体的吸收率等于其黑度，与投射无关。大多数工程材料在热射线范围内可被视为灰体。斯蒂芬波尔兹曼定律也适用于灰体：24400/100100mWTCTCEE00ACCC为灰体的辐射系数任何物体的辐射力恒小于同温度下黑体的辐射力。任何物体的辐射力恒小于同温度下黑体的辐射力。2)空间热阻空间热阻角系数角系数(a

36、ngle factor) ：表面1发射的辐射能落在表面2上的百分数，用X1,2表示，X1,2称为表面1对表面2的角系数。X2,1称为表面2对表面1角系数。1、2两表面间的辐射换热量Q1,2为1 , 222, 02, 111 , 02, 1XAEXAEQ1 , 222, 11XAXA温度相等的热平衡条件下：2, 01 , 02, 1, 0EEQ两表面在辐射换热时其角系数具有相对性。同样适用于不等温灰体表面间的辐射换热计算。)(2, 01 , 02, 111 , 222, 02, 111 , 02, 1EEXAXAEXAEQ2, 112 . 01 , 02, 11XAEEQ2, 111XA两表面辐

37、射换热的空间热阻空间热阻三个黑体表面组成的封闭空腔的辐射换热：13 , 12, 11 , 1XXX封闭空腔内的角系数具有完整性。若平面1为平面或凸面时X1,103）有效辐射）有效辐射投射辐射：投射到表面1上的外来辐射。1G吸收辐射：被表面1吸收的部分。11G反射辐射：被表面1反射的部分。11)1 (G本身辐射：表面1的辐射力。1 , 011EE2111 , 011111/)1 ()1 (mWGEGEJ有效辐射有效辐射 ：表面1的本身辐射和反射辐射的总和。1J表面1与外界的辐射换热量Q1：2111 , 011111/)1 ()1 (mWGEGEJWAGAJQ11111WAJEQ11111 , 0111111A称为灰体的“表面热阻表面热阻”。黑度越大，则表面热阻越小。4）表面热阻）表面热阻两灰体间的辐射换热的计算2222, 111112, 01 , 012111AXAAEEQ2, 1121121XAJJQ（1）、）、2个灰体间的辐射换热个灰体间的辐射换热12, 11 , 1XX01 , 1X12, 1X5）遮热板的应用）遮热板的应用2222, 111112, 01 , 012111AXAAEEQ) 11(1) 11()(221121020112, 1AAXEEAQ) 1() 11(1)(2, 1221102011XAAEEAWTTACTTACE