硅酸盐工业热工基础之4.4(国)辐射传热

1、对流传热综合传热课件目录教案硅酸盐工业热工基础14.4辐射辐射传热传热 4.4.1辐射传热的基本概念辐射传热的基本概念 4.4.1.1辐射传热的本质和特点辐射传热的本质和特点电磁波谱辐射辐射物体以电磁波的方式向外传递能量的过程物体以电磁波的方式向外传递能量的过程对流传热综合传热课件目录教案硅酸盐工业热工基础1由于热的原因而发生的辐射由于热的原因而发生的辐射 热辐射热辐射取决于温度取决于温度 能被物体吸收并转变成热能的部分电磁波能被物体吸收并转变成热能的部分电磁波 热射线热射线辐射传热辐射传热物体之间相互辐射和吸收热过程的总效果物体之间相互辐射和吸收热过程的总效果 辐射传热的特点辐射传热的特点:

2、 :（1）热辐射不仅热辐射不仅进行能量的转移，不伴随能量的转化。进行能量的转移，不伴随能量的转化。（2） 辐射能既可从温度高的物体向低温物体辐射，低温辐射能既可从温度高的物体向低温物体辐射，低温物体也向高温物体辐射物体也向高温物体辐射对流传热综合传热课件目录教案硅酸盐工业热工基础1（3 3）热射线的传播具有与光同样特性，不需要传热介质。热射线的传播具有与光同样特性，不需要传热介质。阳光穿过广阔的真空在太阳光穿过广阔的真空在太空传播空传播，不需要传热介质不需要传热介质对流传热综合传热课件目录教案硅酸盐工业热工基础14.4.1.2吸收、反射和透过吸收、反射和透过DRAQQQQ透过率吸收率投射辐射能

3、吸收辐射能QQAA投射辐射能透过辐射能QQDD反射率投射辐射能反射辐射能QQRRA+R+D=1对流传热综合传热课件目录教案硅酸盐工业热工基础1几种特殊情况几种特殊情况绝对黑体绝对黑体A=1，R=D=0绝对透热体绝对透热体D=1，A=R=0绝对白体：绝对白体：R=1，A=D=0对流传热综合传热课件目录教案硅酸盐工业热工基础14.4.1.3黑体辐射模型黑体辐射模型 小孔尺寸愈小小孔尺寸愈小愈接近黑体愈接近黑体在空心体的壁面在空心体的壁面上所开的小孔上所开的小孔具有黑体的性质具有黑体的性质对流传热综合传热课件目录教案硅酸盐工业热工基础14.4.2热辐射的基本热辐射的基本定律定律 4.4.2.1普朗克

4、辐射定律普朗克辐射定律 （1 1）辐射能力和辐射强度）辐射能力和辐射强度 辐射能力辐射能力符号：符号：“E” 单位：单位：W/m2物体每单位表面积，在单体时物体每单位表面积，在单体时间内向半球空间辐射出去的波间内向半球空间辐射出去的波长从长从0范围内的总能量范围内的总能量辐射强度辐射强度物体每单位表面积，在单体时物体每单位表面积，在单体时间内向半球空间辐射出去的波间内向半球空间辐射出去的波长从长从d范围内的辐射能力为范围内的辐射能力为dE，dE与波长间隔的比值与波长间隔的比值符号：符号：“E”对流传热综合传热课件目录教案硅酸盐工业热工基础1ddEEdEE0黑体：黑体： dEE00 ,0（2）普

5、朗克辐射定律普朗克辐射定律 12510,TcecEE曲线曲线对流传热综合传热课件目录教案硅酸盐工业热工基础1（1）某一波长的单色辐射能力随温度升高而增大；）某一波长的单色辐射能力随温度升高而增大；（2）在某一温度下，其辐射辐射能力随波长而变化：）在某一温度下，其辐射辐射能力随波长而变化： 0，E，00；，E，0； 达到最高值后，达到最高值后，E，0。（3）温度愈高，最大辐射强度的波长愈短温度愈高，最大辐射强度的波长愈短（4）温度在）温度在2000K以下，辐射波长大部分在以下，辐射波长大部分在0.7610m的的范围内，可见光比例相当小，可以忽略。但随温度升高，可见范围内，可见光比例相当小，可以忽

6、略。但随温度升高，可见光比例在不断增加光比例在不断增加 。对对E曲线的讨论：曲线的讨论：对流传热综合传热课件目录教案硅酸盐工业热工基础14.4.2.2维恩偏移定律维恩偏移定律 2896mT数学表达式：数学表达式：物理意义：物理意义：最大辐射强度的波长与绝对温度的乘积为一常数最大辐射强度的波长与绝对温度的乘积为一常数 4.4.2.3斯蒂芬斯蒂芬波尔茨曼定律波尔茨曼定律 数学表达式：数学表达式： 400)100(TCE （W/m2） 物理意义物理意义：说明黑体的辐射能力与其绝对温度的四次方成正比说明黑体的辐射能力与其绝对温度的四次方成正比 。对流传热综合传热课件目录教案硅酸盐工业热工基础14.4.

7、2.4灰体的特性灰体的特性 （1）黑度与灰体黑度与灰体 单色黑度单色黑度理想灰体（简称灰体）理想灰体（简称灰体） 0,EE 0,0,0,332211EEEEEE对流传热综合传热课件目录教案硅酸盐工业热工基础1 灰体灰体00,EEEE灰体辐射能力灰体辐射能力4400)100()100(TCTCEE黑度黑度0EE物体辐射能力与同温度物体辐射能力与同温度下黑体辐射能力的比值下黑体辐射能力的比值对流传热综合传热课件目录教案硅酸盐工业热工基础1（2 2）单色吸收率）单色吸收率 物体对某种波长辐射能的吸收率称为单色吸收率，用物体对某种波长辐射能的吸收率称为单色吸收率，用A表示表示 黑体的黑体的A A不随波

8、长变化而变化，且等于不随波长变化而变化，且等于1 1；灰体灰体A A的也不随波长变化而变化，且小于的也不随波长变化而变化，且小于1 1；实际物体的实际物体的A A随波长变化而变化，但在波长随波长变化而变化，但在波长1 1大于的热射线范围，大于的热射线范围，A A随波长变化很小，可看作为常数随波长变化很小，可看作为常数 对流传热综合传热课件目录教案硅酸盐工业热工基础11（3 3 ）有关辐射的几个概念）有关辐射的几个概念 1本身辐射物体1向外辐射的能量投射辐射其它物体投射到物体1的辐射能量1有效辐射物体1的本身辐射加上反射辐射吸收辐射物体1吸收的部分投射辐射能量1反射辐射物体1反射的部分投射辐射能

9、量1对流传热综合传热课件目录教案硅酸盐工业热工基础14.4.2.5克希霍夫定律克希霍夫定律 )(0332211TfEAEAEAE 设有两个面积很大、相距很近、可忽略边界影响的平行平面设有两个面积很大、相距很近、可忽略边界影响的平行平面F0和和F1.。物理意义：物理意义：任何物体的辐射能力与任何物体的辐射能力与其吸收率之间的比值，恒等于同温度其吸收率之间的比值，恒等于同温度下黑体的辐射能力，并且只和温度有下黑体的辐射能力，并且只和温度有关，与物体的性质无关。关，与物体的性质无关。 克希霍夫定律：克希霍夫定律：对流传热综合传热课件目录教案硅酸盐工业热工基础1即：即：iiiEEAEEAEEA 020

10、221011克希霍夫定律另一表达式：克希霍夫定律另一表达式：任何物体的吸收任何物体的吸收率等于同温度下率等于同温度下的黑度的黑度A=克希霍夫恒等式克希霍夫恒等式对流传热综合传热课件目录教案硅酸盐工业热工基础14.4.3固体间的辐射传热固体间的辐射传热 4.4.3.1角系数角系数F1对F2的角系数 辐射出去的总热量从的热量投射到从12112FFFF2对F1的角系数 辐射出去的总热量从上的热量投射到从22211FFF表示一个物体的辐射热量表示一个物体的辐射热量落到另一个物体上的分数落到另一个物体上的分数 角系数角系数对流传热综合传热课件目录教案硅酸盐工业热工基础1（1 1）角系数的性质）角系数的性

11、质 212121FF互变性互变性 1111312121111311211111131211 nnnQQQQQQQQQQQQQ完整性完整性 对流传热综合传热课件目录教案硅酸盐工业热工基础1一个物体表面辐射出去的热量，可能投向自身平面和凸面：平面和凸面：110 凹面：凹面：110自见性自见性对流传热综合传热课件目录教案硅酸盐工业热工基础1123透热体透热体兼顾性兼顾性1312对流传热综合传热课件目录教案硅酸盐工业热工基础1（2 2）常见的几种角系数值）常见的几种角系数值 A A、两个无限大的平行平面两个无限大的平行平面 (如图如图a)12112B B、一个平面一个平面1 1和一个曲面和一个曲面2

12、2组成的封闭体系组成的封闭体系( (如图如图 b)b) 1122121FF对流传热综合传热课件目录教案硅酸盐工业热工基础1C C、一个物体一个物体1 1被另一个物体被另一个物体2 2包围包围 (如图如图c)1122121FFD D、两个曲面组成的封闭体系两个曲面组成的封闭体系 (如图如图d)21212FFF21121FFF对流传热综合传热课件目录教案硅酸盐工业热工基础14.4.3.2两个黑体间的辐射传热两个黑体间的辐射传热 1120201121FEEQ1121F空间热阻空间热阻 E01E02黑休辐射传热黑休辐射传热的电热网络图的电热网络图 对流传热综合传热课件目录教案硅酸盐工业热工基础14.4

13、.3.3灰体间的辐射传热灰体间的辐射传热 灰体的有效辐射灰体的有效辐射 GAERGEJ)1 (00离开表面的净辐射换热量离开表面的净辐射换热量 AGEGGAEGJFQ00)1 (当当A=时时 FJEJEFQ1)(100F1灰体辐射换热的表面热阻 对流传热综合传热课件目录教案硅酸盐工业热工基础1两灰体表面间的净辐射换热两灰体表面间的净辐射换热: : 1212112,1)(FJJQnet电网络单元两个灰体表面间的辐两个灰体表面间的辐射传热的电网络图射传热的电网络图 ) 11(1) 11()(11122112110201222121111020112,FFFEEFFFEEQnet对流传热综合传热课件

14、目录教案硅酸盐工业热工基础1) 11() 11(1122111212112424101212,)100()100(FTTCQnet系统的导来黑度系统的导来黑度:两灰体表面间辐射换热计算式两灰体表面间辐射换热计算式: : 影响其辐射传热的三个基本因素：影响其辐射传热的三个基本因素： 两灰体的温度差、角系数和系统的导来黑度。两灰体的温度差、角系数和系统的导来黑度。 对流传热综合传热课件目录教案硅酸盐工业热工基础1几种特殊情况：几种特殊情况：两个物体均为无限大的平行平面两个物体均为无限大的平行平面 11112112)100()100(1114421012,12,TTCFQqnetnet如果两平行平面

15、中：如果两平行平面中：12（或或21） 则：则：122（或或121）对流传热综合传热课件目录教案硅酸盐工业热工基础1当两个物体中有一个为凸面（或平面）时：当两个物体中有一个为凸面（或平面）时： ) 11(11221112FF1212211012,)100()100()11(1FTTFFCQnet如果两物体中，如果两物体中，F2F1，则：则：121。 对流传热综合传热课件目录教案硅酸盐工业热工基础1【例】计算在厂房内的蒸气管道外表面每米长的辐射热损失。已知管外保温层的黑度10.9，外径d583mm，外壁面温度t150，室温t220【解】属一个物体被另一个物体包围时的辐射换热 因为管道表面积F1相

16、对于厂房面积F2来说是很小 112021FF1211441011424101212,)100()100()100()100(FTTCFTTCQnetdTTCql)100()100(424101)/(334583. 014. 3)10020273()10050273(67. 59 . 044mW对流传热综合传热课件目录教案硅酸盐工业热工基础14.4.4气体辐射气体辐射 4.4.4.1气体辐射的特点气体辐射的特点 1气体的辐射和吸收对波长有选择性。气体的辐射和吸收对波长有选择性。由于气体的辐射光谱不连续，一般情况下气体不能看成是灰体。由于气体的辐射光谱不连续，一般情况下气体不能看成是灰体。2气体的

17、辐射和吸收是在整个容器中进行气体的辐射和吸收是在整个容器中进行 。3气体的气体的R0，A+D1 。),(plTfAgg气体辐射率和吸收率与气体的温度Tg气层厚度lg与气体分压Pg乘积有关 对流传热综合传热课件目录教案硅酸盐工业热工基础14.4.4.24.4.4.2气体的黑度气体的黑度 和吸收率和吸收率5 . 33/1)100()(07. 422ggCOCOTlPE36 . 08 . 0)100)(07. 422ggOHOHTlPE1气体的黑度气体的黑度0EEgg0EEgg对流传热综合传热课件目录教案硅酸盐工业热工基础140402)100()100(222gOHOHgCOCOTCETCE),()

18、100()(07. 4222031gCOgggCOCOlPTfTClP)()100()(07. 422206 . 08 . 0gOHgggOHOHlPTfTClP修正：修正：即即:烟气的黑度烟气的黑度 ：OHCOg22OHOHCO222据公式画出二氧化碳的黑度和水蒸气的黑度图 ，使用时直接查图。对流传热综合传热课件目录教案硅酸盐工业热工基础1（2 2）气体的吸收率）气体的吸收率 烟气的吸收率烟气的吸收率 ：AAAAOHOHCOg222条件黑度：条件黑度：65. 0)(22wgCOCOTTA)( ,22gwgCOwCOTTlPTf据CO2的黑度图查得45. 0)(22wgOHOHTTA)( ,22gwgOHwOHTTlPTf据H2O的黑度图查得OHOHCOAAA222近似计算可不修正对流传热综合传热课件目录教案硅酸盐工业热工基础14.4.4.3火焰辐射火焰辐射 （1）净化的气体燃料完全燃烧时，烟气的主要成分是）净化的气体燃料完全燃烧时，烟气的主要成分