《传热与换热器》课件-任务3-4：辐射换热

传热与换热器内容与安排认识传热导热辐射换热对流换热换热设备的传热计算与强化前课回顾稳态导热前课回顾稳态导热前课回顾稳态导热前课回顾稳态导热任务3-2：辐射换热应用分析与计算知识目标：掌握辐射传热加强和削弱的方法；掌握炉内辐射换热的特点；能力目标：能够对遮阳板在工业、生活中的应用进行分析和计算，能够对炉内换热进行分析和计算。引入炎炎夏日，汽车在日光下暴晒，这是生活中常见热辐射现象。哪些物体可以产生热辐射，热辐射强度和什么有关呢？相关知识热辐射：因热的原因而发出辐射的现象。

射线

<10-4

m红外线：0.76<

<103

m

无线电波：

>106

m

微波：103<

<106

m

可见光：0.38<

<0.76

m紫外线：10-2<

<0.38

mX射线：10-4<

<10-2

m工业上有实际意义的热射线辐射线热射线只占波谱的一部分，主要集中在红外线区域热辐射热辐射也是电磁波！！相关知识工程上，辐射温度一般在2000K以下，热辐射主要集中于红外线区域。根据辐射体温度的不同，我们可以感受到不同强度的能量照射，因此，热辐射也称为温度辐射。热辐射相关知识不同温度的物体，即使不相互接触，却可以通过热射线的相互辐射和吸收进行能量交换的现象。辐射换热辐射换热的特点：a任何物体，只要温度高于0K，就会不停地向周围空间发出热辐射；b可以在真空中传播；c伴随能量形式的转变；d具有强烈的方向性；e辐射能与温度和波长均有关；f发射辐射取决于温度的4次方。任务对于工业高温下的热辐射来说，白色表面和黑色表面的吸收比，那个高？相关知识当热辐射投射到物体表面上时，一般会发生三种现象，即吸收α、反射ρ和透射τ。热辐射表面的一般性质总辐射能吸收反射透射固体、液体不允许热射线透过；其他热射线几乎不被反射。黑体：吸收比α为1；白体：反射比ρ为1；透热体：透热比τ为1。对于工业高温热辐射，对射线的吸收和反射有重大影响的是表面的粗糙程度，而不是表面的颜色。高温辐射≠太阳辐射相关知识辐射力E：单位时间内，物体的单位表面积向半球空间发射的所有波长的能量总和。(W/m2)；黑体辐射基本定律相同温度下黑体的辐射力最大，用Eb表示，而实际物体的辐射力E为Ε-物体的发射率或黑度；Eb-同温下黑体的辐射力，W/m2

相关知识黑体辐射基本定律黑体是一种科学假想的物体，它的吸收比为1，其表面上既没有能量反射，也没有能量穿透。现实生活中是不存在的。但却可以人工制造出近似的人工黑体。黑体模型基本定律斯忒藩—玻耳兹曼定律（辐射能与温度的关系）普朗克定律（辐射能波长分布的规律）维恩（Wien）位移定律（峰值波长与温度的关系）相关知识普朗克定律式中，λ—波长，m；T

—黑体温度，K；c1

—第一辐射常数，3.742×10-16W

m2；

c2—第二辐射常数，1.4388×10-2W

K；

描述真空中黑体在不同温度下单色辐射力和波长的关系（1）黑体的光谱辐射力随着波长的增加，先是增大，然后又减小。温度愈高，同一波长下的光谱辐射力愈大.（2）随着温度的增高，曲线的峰值（最大光谱辐射力）向左移动，即移向较短波长相关知识维恩（Wien）位移定律峰值波长与温度T成反比的规律称为维恩（Wien）位移定律

太阳表面温度约为5800K，由上式可求得

max0.5

m，位于可见光范围内。

对于1000K温度下黑体,可求得

max2.9

m，位于红外线范围内。

相关知识斯忒藩—玻耳兹曼定律（四次方定律）斯忒藩—玻耳兹曼定律表达式可直接由普朗克定律导出,可以用来计算物体辐射能力的大小。积分上式得到上式说明黑体的辐射力和热力学温度的四次方呈正比，故又称四次方定律

式中

=5.67×10-8W/(m2

K4)，称为斯忒藩—玻耳兹曼常数，又称为黑体辐射常数。C0=5.67W/(m2

K4)，称为黑体辐射系数。相关知识斯忒藩—玻耳兹曼定律（四次方定律）用比较法测得某一表面在1000K时的辐射力恰好等于黑体在500K时的辐射力，试求该表面的黑度。如果比较的标准不是黑体，而是黑度为0.8的实际表面，两表面温度仍是1000K和500K，试求黑度。相关知识波段辐射力工程上有时需要计算某一波段内的辐射能量，称为波段辐射。相关知识波段辐射力黑体辐射函数Fb(0~λ)与λT的关系相关知识波段辐射力钨丝的灯丝温度为2800K，则可见光波段内灯丝辐射能站总辐射的百分比。解：可见光的波长范围是从0.38μm到0.76μm，对于2800K的黑体其λT值分别为1064μm·K和2128μm·K，可从表5-2中查得Fb(0-λ1T)和Fb(0-λ2T)分别为0.07025%和8.88%。于是可见光所占份额为：Fb(0-λ2T)-Fb(0-λ1T)=8.81%。在灯丝发出的辐射能中，可见光只占8.81%，其余91.19属于不可见的红外辐射，并转化为热能，散失到周围环境，钨丝灯作为光源其效率是很低的。相关知识小结黑体的辐射力由斯忒藩—玻耳兹曼定律确定，辐射力正比于热力学温度的四次方；黑体的辐射能按波长分布的规律服从普朗克定律；黑体的光谱辐射力有一峰值，与此峰值相对应的波长λm由维恩位移定律确定，随着黑体温度的升高，λm向短波方向移动。相关知识气体辐射（1）气体的辐射和吸收对波长具有选择性；（2）气体的辐射和吸收在整个容积中进行（3）气体的辐射和吸收与气体的种类、压力、温度以及射线波长、平均射线行程有关相关知识太阳辐射太阳的辐射能主要集中在

=0.2~3.0

m波长范围内，约占99%。紫外线约占8.7%；可见光约占43%；红外线约占48.3%。经过大气层的吸收、散射和反射之后，夏季理想的大气透明度条件下，中午前后到