武科大冶金传输原理课件14辐射传热

12026/6/7第十四章辐射传热§14—1

基本概念一热辐射的本质和特点：

1本质:是众多的辐射现象的一种，由于温度的原因而产生的辐射叫热辐射。本质:电磁波辐射。(红外辐射)热射线：波长在0.1—100µm之间，理论上为0—∞范围。分类：0.1--0.38紫外线0.38--0.76可见光

0.76--100红外线22026/6/7热辐射线无线电波32026/6/72特点:（1）无须物体间的接触（2）绝对温度在0(k)以上的物体均在不断的向外辐射能量，即使两物体的温度相同，亦是动态平衡。(3)辐射换热伴随有能量的二次转化。二物体对热射线的反应

同可见光一样，热射线投射到物体上后也是吸收一部分，反射一部分，透射一部分。

如图，G:投射到物体表面上的总能量。

GA：被物体吸收的能量

GR：被物体反射的能量

GD：被物体透射的能量42026/6/7吸收热能

低温物体热能高温物体辐射能流（热射线）GGRGDGA穿透

与中间介质无关而由电磁波传输反射

用冰制成的冷的透镜聚焦太阳的辐射热可使黑纸燃烧，并在发出可见光的同时向外辐射热能高温物体的热能以电磁波的形式传递给低温物体52026/6/7据能量守恒定律，有：

G=GA+GR+GD

即：GA/G+GR/G+GD/G=1式中：

GA/G=A

叫物体的吸收率

GR/G=R

叫物体的反射率

GD/G=D

叫物体的透射率

当物体将投射到其表面上的能量全部吸收时，即

R=D=0；A=1

时，叫理想黑体，简称黑体当物体将投射到其表面上的能量全部反射时，即

A=D=0：R=1

时，叫理想白体，简称白体

当物体将投射到其表面上的能量全部透射时，即62026/6/7

A=R=0,D=1

时，叫透热体。

同可见光一样，辐射能的反射有镜反射和漫反射两种，当物体表面十分光滑时，就形成了镜反射，即入射角等于反射角，高度抛光的金属等。如果表面粗糙，即当粗糙度大于波长时，反射即为漫反射。可理解为辐射能被物体吸收后又辐射出来。如图所示。72026/6/7说明

1.A、R、D都是无因次量，其数据在0–1之间。各自的大小与物体的特性、温度及表面状况有关2.黑体、白体、透热体都是理想化的物体，但工程中有些物体接近这些理想化的物体。与颜色无关

如，烟煤、雪等A=0.98，高度抛光的金属，

R=0.98

，单原子和双原子气体：D=13.对于固体和液体，D=0

有A+R=1

对于气体，R=0A+D=182026/6/7

三.辐射力和辐射强度

1.辐射力：E

单位时间，单位表面积向半球空间辐射出的全部波长（0--∞）范围的能量。单位：w/㎡2.单色辐射力E

单位时间，单位面积向半球空间辐射出的某特定波长（

+d

）的能量。单位：

w/㎡·m

与E的关系：

92026/6/7

3.方向辐射力Eθ

单位时间、单位表面积在某特定方向的单位立体角内辐射出的全部波长的能量。单位：W/(㎡Sr)平面角：

=S/r

（弧度）立体角：以立体角的角端为中心，作一半径为r的半球，将半球上被立体角切割的面积f除以半径的平方r2

即得立体角的量度

=f/r2，Sr

球面度。

整个半球的面积为2π

r2

，为2π个球面度。若取微元面积df

为切割面积，则得微元立体角d

。102026/6/7立体角：

是一个空间角度，单位为Sr。如图：

经度角d

d

纬度角

rSin

rSin

d

rd

df112026/6/7

参考图示的几何关系，df

可用球坐标中的纬度微元角d

和经度微元角d

表示出来。

df=rd

·rSin

·d

=r2d

·Sin

·d

∴d

=df/r2=d

·Sin

·d

4.辐射强度

I

单位时间、单位可见面积(投影面积)、单位立体角内辐射出全部波长的能量。单位：w/(㎡Sr)

122026/6/7

ndQ

d

dF1dF1Cos

132026/6/7如图，对于微元面积dF1在

方向的辐射强度为：

与方向辐射力比较得：E

=I

Cos

在法线上

=0∴En=In

142026/6/7§14—2黑体辐射的基本定律

一人工黑体模型

人为构造的黑体模型如图所示：152026/6/7二普朗克定律

给出了黑体的单色辐射力Eλ

与波长和绝对温度的关系。

表达式：式中:

：波长

m(m)

；T：绝对温度K

C1

：普朗克第一常数，C1=2

hC2

C：光速，C=3×108m/s

h：普朗克常数，h=6.625×10-34J·S(WS2)

C1

=3.742×10-16

w·㎡=3.742×108

w·μm

4/㎡162026/6/7

C2

：普朗克第二常数，

C2=hC/k,h同上，普朗克常数；

k:波尔兹曼常数，

k=1.38×10-23J/(mol·K)

C2=hC/k=1.439×10-2

m·K

Eb

：黑体的单色辐射力单位为：

W/(㎡·μm)

或W/㎡·m以后用下标b表示黑体的参数。用下标

表示单色。据普朗克定律绘成了曲线如图所示。172026/6/7182026/6/7从上图可得出如下结论：1随着温度的升高，黑体的单色辐射力和辐射力迅速的增加。2每一条曲线都有一峰值。在

=0和

=∞时，

Eb

=03随着温度的增加，峰值（即黑体的最大单色辐射力Eb

max）左移，即向着波长较短的方向移动。

维恩偏移定律：

将普朗克定律对波长

求导数，并令其为零即：dEb

/d

=0

得：

max·T=2897.6μm·K

≈2.9×10-3

m·K192026/6/7例：试分别计算2000K和5800K时黑体的最大单色辐射力所对应的波长。

解：直接利用维恩偏移定律；

T=2000K时，

max·T≈2.9×10-3

m·K

max=2.9×10-3/2000=1.45μm

T=5800时

max=2.9×10-3/5800=0.5μm

T=290K:

max=2.9×10-3/290=10μm

结果表明，工业高温范围内黑体辐射的最大单色辐射力对应的波长位于红外线区段，太阳表面温度时则位于可见光区段。

此外，还可利用该定律粗略估算物体的温度，如利用光学仪器测得太阳的

max为0.5μm，202026/6/7得出太阳的表面温度为5800K,因为太阳不是黑体，故此值偏高。

可据钢坯的颜色来判断其温度，钢坯在加热过程中当：无变化：低于500℃、暗红：600℃左右、鲜红：800--850℃左右、桔黄：1000℃左右白炽：1300℃左右212026/6/7三斯蒂芬—波尔茨曼定律

dEb=

Eb

d

式中：

0：斯蒂芬—波尔茨曼常数，

0=5.67×10-8w/(㎡K4)

通常，将斯蒂芬—波尔茨曼定律表示为：

Eb

=C0(T/100)4

式中：C0=5.67

w/(㎡K4)叫黑体的辐射系数。222026/6/7四兰贝特定律揭示了黑体的辐射能在空间的分布规律。

定律表达式：Eb

=Ebn·Cos

式中：Eb

：黑体在θ方向的辐射力

Ebn：黑体在法向的辐射力n

θ232026/6/7

由Eb

=Ib

Cos

和Eb

=Ebn·Cos

得：

Ib

=Ebn

=Ibn

∴Ib

1=Ib

2=Ib

3=…=Ibn

即黑体的定向辐射强度与方向无关，是兰贝特定律的又一形式。服从兰贝特定律的表面叫漫辐射表面。

Eb与的Ib关系：由式得：242026/6/7

将d

=d

·Sin

·dφ

代入并积分得：即：黑体的辐射力Eb是其辐射强度Ib的π倍。说明Ib

仅是绝对温度的函数。

黑体的三个基本定律分别介绍了黑体的辐射力与波长、温度、及能量按空间的分布规律。252026/6/7

§14—3实际物体表面的辐射

一黑度（辐射率、发射率）的概念实际物体与黑体有很大的差别，如图：262026/6/7图中说明实际物体的单色辐射力随波长的变化是不规则的，且辐射力也并不是与其绝对温度的四次方成正比，为了计算实际物体的辐射力，引入黑度的概念：

即实际物体的辐射力与同温度下黑体的辐射力的比值。ε是一小于1的数，ε越大，越接近于黑体。

单色黑度ελ

：实际物体的单色辐射力与同温度下黑体的单色辐射力的比值。ελ=dε/dλ

方向黑度εθ：实际物体的方向辐射力与同温度下黑体的方向辐射力的比值。272026/6/7实际物体的辐射力用下式计算：E=εEb=εC0(T/100)4W/㎡

实际物体的辐射力并不是与其绝对温度的4次方成正比，误差在其黑度中修正，即黑度是温度的函数。二黑度的影响因素

1材料的物理性质2表面粗糙度

明显影响

的是光学粗糙度△/

，成正比。当△/

＜0.1—0.2时，表面的反射为镜反射，黑度小。3温度的影响较为复杂，282026/6/7对于金属当波长小于5μm时温度增加黑度减小

对大于5μm的波长时，

∝T.

非金属；T↗，

↘。一般情况下非金属的黑度大于金属的黑度。非金属的黑度一般在0.78以上

4表面氧化层

可理解为氧化层的形成，改变了粗糙度，常温下金属的黑度为0.2--0.4，在高温下加热半小时可达到0.8。

5波长对于金属：

↗，

↘

非金属：

↗，

↗

注意黑度不完全是物性参数。也不是都可查得到的。292026/6/7实际物体的吸收特性

式中：A

实际物体的单色吸收率，G

投入物体的单色投入辐射。实际物体的吸收率除了与自身的表面性质和温度有关而外，还与投入辐射的波长有关，而投入辐射的波长又与其本身的性质和温度有关，所以实际物体的吸收率的确定是很困难的。302026/6/7三基尔霍夫定律该定律反映了实际物体的吸收率A与其黑度ε之间的关系。如图：外面的包壳

为黑体，里面放置一

任意物体，其温度为T；黑度为

；吸收率为A，物体发出的辐射能全部投射到黑体包壳上，由于黑体与物体的距离很小，可认为黑体发出的辐射能也全部投射到物体表面上。对于黑体表面来说，物体发出的能量全部被黑黑体任意物体312026/6/7体吸收，对于物体来说，黑表面发出的能量吸收一部分，其余的反射到黑表面，又被黑体吸收。对物体有:辐射的能量为：E

反射的能量为：REb=(1-A)Eb

吸收的能量为AEb

对于黑体有：

辐射的能量为：Eb

反射的能量为：0

吸收的能量为E+(1-A)Eb

物体净放出的能量为：q=E–AEb(1)322026/6/7黑体净吸收的能量为

qb

=E+(1-A)Eb–Eb

(2)

当两物体达到热平衡时，qb

=q=0

由(1)式和(2)式均可得：

A=E/Eb=

同理可得A

=

条件：1有一个表面为黑表面。2两表面间达到热平衡。

基尔霍夫定律说明了在上述条件下物体的吸收率等于其黑度，即善于辐射的物体，同样善于吸收由于条件的限制，使得该定律没有多大的实用价值，为此提出了灰体的概念。332026/6/7四灰体定义：单色吸收率和单色黑度与波长无关的物体

即灰体的吸收率和黑度只与其自身的条件有关，而与投射物体无关。

其单色辐射力与波长的变化规律同黑体的是相似的。

也是一种理想化的物体。

对于灰体而言，可得A=A

=

=

又由于灰体的吸收率和黑度与投射物体无关，所以不用满足基尔霍夫定律所要求的条件。

即：A=

大多数的工程材料都可看成是灰体，可以利用342026/6/7基尔霍夫定律来确定其吸收率。使问题得以简化。

实际中有时用下面的方法来近似处理：

1对于温度为T1的非金属表面，吸收率近似的等于按投射物体的温度T2来查出该非金属表面的黑度

2对于温度为T1的金属表面，吸收率近似的等于按几何平均温度(T1·T2)1/2来查出该金属表面的黑度，T2为投射物体的温度。计算两个表面间的辐射热交换时必须知道：1表面放出了多少热量？

2表面放出的热量有多少投射到另一表面上？3表面吸收了多少能量？352026/6/7§14—4角系数

一定义：

叫表面i对表面j的角系数

。注意：分母中包含有两部分，一部分是自身辐射，一部分是反射辐射。因此，根据其定义式，可以容易的导出它的积分式

为：362026/6/7上式为两任意表面间的角系数的积分式，可看出角系数只与表面的形状、大小、距离及相互位置有关，而与其它条件无关，是一纯的几何参数。二角系数的性质1相对性由角系数的积分式可知：

12F1=

21F2

ij

Fi=

ji

Fj372026/6/7

2完整性对于由n个表面组成的封闭空间，如图，据能量守恒原理，某一个表面发出的总能量等于发射到每一个表面的能量之和，即：

Qi

Fi=

Qi

Fi

i1+Qi

Fi

i2+Qi

Fi

i3+Qi

Fi

ii+Qi

Fi

i4+…+Qi

Fi

in

即：

3和分性

如图：

382026/6/7

∵Fi

=F1+F2

∴Q3F3φ3i=Q3φ31F1+Q3φ32F2

即：

F3φ3i=φ31F1+φ32F2

和

Fi

φi3=φ13F1+φ23F2此即为和分性。总之，还是能量守恒原理的具体应用。三角系数的确定方法1积分法

即利用角系数的积分公式，进行积分运算。但用积分式算只能对一些简单的几何图形计算。F1F2F3Fi392026/6/7书上将给出了平行放置的长方形表面、垂直放置的长方形表面及两平行表面的角系数的线算图

。要求会查算。

2代数分析法

此法主要是利用角系数的性质，用代数的方法

来确定角系数的值。可自见面和不可自见面如果表面发出的热射线（辐射能）能落在自己表面上即为可自见面。如果表面发出的热射线（辐射能）不能落在自己表面上即为不可自见面。402026/6/7一般而言，凹面即为可自见面；平面或凸面即为不可自见面。注意：它们是相对的！！！以常见的几种情况来说明此法的应用。(1)两不可自见面组成的封闭空间

如：无限大平行平板，距离很近的同轴管壁的夹层，等。412026/6/7由于两表面距离很近，且面积足够大，以至于从

四周逸出的能量可以忽略不计，则可看作是封闭系由于是不可自见面，则每个表面辐射出的能量全部都落在另一个表面上，据角系数的定义有：

φ11=φ22=0由角系数的完整性得：

φ12=φ21=1

(2)一可自见面和一不可自见面组成的封闭系统即常说的一个凹面和一个凸面，注意其相对性,

凹面不一定是可自见的。如图即为几种常见的该系统。422026/6/7432026/6/7假定不可自见面的面积为F1，可自见面的面积为F2由角系数的完整性：

φ11+φ12=1

得：φ12=1

由相对性：

φ12F1=φ21F2

得：φ21=φ12F1/F2=F1/F2

φ22=1-φ21=1-F1/F2(3)两可自见面组成的封闭系统

在交界处假想有一

平面f，则f

分别和一面，二面组成了两个

封闭体系，都是一个可自见面和一个不可自

F1F2f442026/6/7见面组成的封闭系统，直接利用前面的结果。得：φ12=φ1fφ21=φ2fφf1=φf2=1由φ1fF1=φf1f

φ12=φ1f=φf1f

/F1=f

/F1

φ21=φ2f=φf2f

/F2=f

/F2由完整性得：

φ11=1-φ12

=1-f

/F1

φ22=1-φ21=1-f/F2

(4)三个不可自见面组成的封闭系统对于如图所示的三个不可自见面组成的封闭系统，忽略两端辐射出的热量。452026/6/7因为都是不可自见面，则φii=0据完整性：

φ12F1+φ13F1=F1φ21F2+φ23F2=F2

φ31F3+φ32F3=F3据相对性：

φ12F1=φ21F2

φ13F1=φ31F3

φ23F2=φ32F3

六个未知数，六个方程，联立求解得：F1F2F3462026/6/7

然后据相对性原理，即可求出另外的三个角系数。(5)两任意放置的不可自见面的非封闭系统

是上述系统的应用，对于非封闭系统，可以人为的构造成封闭系统，以便求出其角系数。472026/6/7如图，表面1，2在垂直于版面的方向上很长，

加线段ac,bd;构造成一个封闭系统，为了利用

上述结果，

增加辅助线bc,ad.

据完整性有：

φ12F1+φ1acF1+φ1bdF1=F1

(1)φ11=0

从式中可知问题是求φ1ac和φ1bd。将abc和abd

看作是两个由三个表面组成的封闭系统，这样就可以直接利用三个表面组成的封闭系统的结果。cdabF1F2482026/6/7

代入式φ12=1-φ1ac-φ1bd

得：

492026/6/7§14—5两黑表面间的辐射换

由于黑表面的吸收率A=1，没有透射和反射，所以计算简单。

如图为两任意放置的黑表面，温度分别为T1和T2；面积为F1，F2，且T1＞T2；表面1发出而落到表面2上的能量为：

Q1→2=Eb1F1φ12

；表面2发出而落到表面1上的能量为：

Q2→1=Eb2F2φ21

；由于黑体将到达的能量全部吸收，所以两表面间净交换的热量为：

Q12=Q1→2-Q2→1

=Eb1F1φ12-Eb2F2φ21；T2F2T1

F1502026/6/7由角系数的相对性φ12F1=φ21F2

得：

Q12

=（Eb1-Eb2）F1φ12

或：

或：热阻:

将上式与欧姆定律比较；分子为位势差，分母为阻力，这里将1/F1φ12

叫空间热阻。这是因为表面1发出的热量不能全部落在表面2上，相512026/6/7当于有了一个热阻，而这种阻力只与表面的几何因素和距离有关，故叫空间热阻。等效电路图(网络单元)为：

§14—6灰体表面间的辐射换热

比黑体表面的换热复杂得多，原因是A小于1，对投来辐射只能吸收一部分，其余的反射。考虑两无限大平行平板间的辐射换热，其换热过程如图所示：Q12Eb1Eb21/F1φ12522026/6/7考虑表面间的介质为透明介质的情况。即灰体间的辐射换热要经过多次的吸收、反射过程，为使问题简化，引入了有效辐射的概念。一有效辐射J1自身辐射

E

单位时间，单位表面积发出的辐射能叫物体的自身辐射单位为W/㎡，即物体的辐射力。E1

E1R2E1R2R1F1T1F2T2532026/6/7

(2)投来辐射G

单位时间，投射到单位面积上的辐射能。W/㎡(3)反射辐射RG单位时间，单位面积反射出的辐射能。即物体表面对投来辐射的反射。W/㎡(4)吸收辐射AG单位时间，单位面积吸收的辐射能。即物体表面对投来辐射的吸收。W/㎡(5)有效辐射J

单位时间，单位面积辐射出的总的能量。包括两部分；自身辐射和反射辐射。W/㎡

即：J=E+RG=εEb+(1-A)G(1)542026/6/7

JGAGE=εEbRG=(1-A)G552026/6/7从图中可看出，物体表面与外界的辐射热交换可以从两方面来考虑：

一是从外部来考虑、一是从内部来考虑：

从外部来看：物体与外界的净交换的热量为：

q=J–G(2)

从内部来看：物体与外界净交换的热量为：

q=E–AG=

Eb–AG(3)

联立解出J并注意到A

=

得：

562026/6/7模拟电路图为：

1-

/(

F)：(1-

/

)为表面热阻，如果是单位面积的热阻叫单位热阻它仅与表面的性质有关，当表面为黑体时，则表面热阻为零，说明物体不是黑体，相当于有一个热阻。

二两灰表面间的辐射换热1差额热通(流)量：Q1EbJ1-

/(

F)572026/6/7对于两任意放置的灰表面F1和F2；表面1发出而落在表面2上的能量为：

J1F1φ12

表面2发出而落在表面1上的能量为：

J2F2φ21

二者之差即为两表面间的净交换的热量即：

Q12=

J1F1φ12–J2F1φ12

=

(J1-J2)F1φ12

Q12J1J21/(φ12F1)582026/6/7式中：

J1-J2

为位势差

1/F1φ12

为空间热阻此外，对于表面1有：

对于表面2有：

下标“+”和“—”表示净得到热量和净失去热量。592026/6/7如果是两个表面组成一个封闭系统，则上三式应相等。

2表面间的辐射换热计算

两种计算方法

（一）从有效辐射的定义出发

(1)两灰表面间的辐射传热对于两灰表面（假定为两不可自见面组成的封闭系统）椐有效辐射的定义有：

J1F1=E1F1+（1—

1）J2F2φ21

J2F2=E2F2+（1—

2）J1F1φ12

联立求解得：

602026/6/7

注意到:R=1-A=1-ε；E=εEb

此即为两表面间辐射换热的有效辐射计算的一般式。先解出有效辐射，然后利用差额热通量解出。如果；两表面为可自见面则有：

J1F1=E1F1+（1—ε1）(J1F1φ11+J2F2φ21)

J2F2=E2F2+（1—ε2）(J1F1φ12+J2F2φ22)612026/6/7解出J后对于第一个表面有：对于二个表面有：两表面间净交换的热量为：

622026/6/7由于是封闭系统，所以有：

Q1-=Q2+=Q12

即它们在数值上相等。将上三式的分母乘到式左然后相加得：

此即为两表面组成封闭系统时辐射换热的一般计算式。

对于一些具体的情况可以进一步简化。几种常见的简化情况

无限大平行平板632026/6/7当板间距离远小于板的尺寸时，可认为是无限大。此时，F1=F2=Fφ12=φ21=1

q=Q/F642026/6/7

还有其它一些情况的简化，自己注意，

如，当一个表面比另一个大的多时，即：

F1/F2=0

带入通式即可得。(2)

n个表面组成的封闭系统对于n个表面组成的封闭系统，分别写出它们的J的表达式：

J1F1=E1F1+（1－ε1）(J1F1φ11+J2F2φ21+J3F3φ31+

J4F4φ41+…+Jn

Fnφn1)或：J1F1=E1F1+（1－ε1）(J1F1φ11+J2F1φ12+J3F1φ13+

J4F1φ14+…+Jn

F1φ1n)

即：J1=E1+（1－ε1）(J1φ11+J2φ12+J3φ13+

J4Fφ14+…+Jn

φ1n)

652026/6/7J2F2=E2F2+（1－ε2）(J1F1φ12+J2F2φ22+J3F3φ32+

+J4F4φ42+…+Jn

Fnφn2)或J2F2=E2F2+（1－ε2）(J1F2φ21+J2F2φ22+J3F2φ23+

+J4F2φ24+…+Jn

F2φ2n)即J2=E2+（1-ε2）(J1φ21+J2φ22+J3φ23+

J4φ24+…+Jn

φ2n)Jn＝En＋（1－εn））(J1φn1+J2φn2+J3φn3+

J4φn4+…+Jn

φnn

)662026/6/7

JnFn=EnFn+（1—εn）(J1F1φ1n+J2F2φ2n++J3F3φ3n+J4F4φ4n+…+Jn

Fnφnn

)

n个未知数，n个方程，联立解之。

第i个表面净交换的热量为：

第i个表面与第j个表面间的净交换的热量为：

672026/6/7（二）热辐射网络法是利用热量传输和电量传输的类似性，将辐射换热系统模拟成相应的电路系统，然后通过电路分析来确定辐射换热量的一种方法。可以使问题简化。1基本网络单元

Q12Eb1Eb21/F1φ12黑体表面间的空间热阻Q1EbJ1-ε/(εF)灰体的表面热阻682026/6/7

1两灰表面组成的封闭系统

从前面介绍的两灰表面间的

辐射换热的一般计算式来看，其位势差是Eb1-Eb2

，而阻力为三个热阻的热串联。其模拟电路图为：Q12J1J21/(φ12F1)灰表面间的空间热阻Eb1Eb2J1J2Q1Q12Q2692026/6/7

2三个灰表面组成的封闭系统

三个表面的辐射换热过程为热辐射网络图为：F1F2F3702026/6/7Eb1Eb2Eb3J1J2J3Q3Q1Q2Q12Q13Q23712026/6/7从图中可以计算出每两个表面间的辐射换热量及每个表面在整个换热系统中净交换的热量。但必须解出J的值。可以用克西霍夫定律求出：

即：稳定态传热时，汇入节点的热量之和为零。

节点1：节点2：节点3：722026/6/7几种简化情况：1有一个表面绝热：假定F3绝热时有：

q3=0

即：Eb3=J3

2

F3为黑表面：则表面热阻为零

即Eb3=J3

3F3

很大，表面热阻此时热网络图均可以简化为(如下图)

注意区别。732026/6/7

Eb2Eb1=Eb3J1J2J3Q1Q2Q12Q13Q23742026/6/7

3四个表面组成的封闭系统

辐射网络图为：Eb1Eb2Eb3Eb4J1J2J3J4752026/6/7五个表面组成的封闭系统762026/6/7772026/6/7四有隔热屏时的辐射换热

减小辐射传热损失的措施：采用低黑度的材料；（高反射率的材料）降低温差；减小面积；在表面间增设隔热屏，来增加系统的传热热阻。隔热屏的原理如图：T1

1T2

2q12T1

1T2

2q13q32T3

3782026/6/7如图，两无限大平行平板的温度和辐射率分别为T1、

1

和T2、

2

面积为F

。

辐射换热量为：

假定隔热屏的导热系数很大，很薄，既不吸收热量也不带走热量。辐射热网络图为：J3J1J3J2Eb1Eb2Eb3792026/6/7平板1、2间的辐射换热量为：

为便于比较，假定

1=

2=

3=

注意到φ13=φ23=1

上式简化为：

802026/6/7即在两黑度相同的无限大平行平板中加一块黑度相同的隔热屏后，其辐射换热量是原来的1/2。可以证明，若在两黑度相同的无限大平行平板中加n块黑度相同的隔热板后，其辐射换热量减小到原来的1/(n+1)倍。即：如果采用黑度较小的隔热板，则可大大降低辐射换热热流量。812026/6/7§14—7气体辐射一气体辐射的特点1辐射与吸收与分子结构有关

对于单、双原子气体为透明介质。对于三原子以上的多原子气体才有较强的辐射和吸收能力。辐射性气体：CO2、H2O、SO2等2具有选择性辐射和吸收光谱不连续，只辐射和吸收一定波长范围（段）的能量。通常将这种波长段叫光带,下图示意性的给出了CO2和H2O的主要光带

它们的主要光带有三段。822026/6/7832026/6/7光带H2OCO2波长μmλ1—λ2Δλ(μm)波长μmλ1—λ2Δλ(μm)第一光带2.24～3.271.032.36～3.020.66第二光带4.8～8.53.74.01～4.80.79第三光带12～251312.5～16.54.0水蒸气和二氧化碳的辐射和吸收光带842026/6/7

3气体的辐射和吸收具有容积性固体和液体的辐射都是表面辐射，辐射和吸收

在表面很薄一层进行，气体则是在整个容积

中进行的。

容器中任意地方的气体

都能到达界面上；气体的吸收率与沿途碰到的气体分子数目有关，与射线的行程长度有关，还与气体的温度有关。852026/6/7即：Ag=f(Pg，Tg，S)

二气体的吸收定律

εgλ=Agλ=1–e–kλs

式中：εgλ：气体的单色辐射率（黑度）

Agλ：气体的单色吸收率

kλ

:单色减弱系数，单位距离内，辐射强度减弱的百分数。

从式中可看出，当S→∞时，εgλ=Agλ=1，即黑体。也就是说。当气层厚度趋于无穷厚时，就具有黑体的性质。

三气体的发射率和吸收率

1气体的发射率862026/6/7工业中，我们常遇到的辐射气体是CO2，H2O，和少量的SO2

，而CO对于完全燃烧的情况，是不存在的。

气体黑度的定义同固体一样，即：

εg=Eg

/Eb

Eg=εgEb=εgC0(Tg/100)4

CO2和H2O的辐射力可用下式计算：872026/6/7式中：p为气体的分压力单位是kPa，S为气体的有效平均射线行程。m

式中可看出气体的辐射力并非与其绝对温度的四次方成正比，为了计算上的方便，仍认为是和其绝对温度的四次方成正比，把温度的误差放到其黑度里面去修正。气体的黑度的影响因素：气体的温度；两部分，一是气体本身的性质决定的，一部分是用来修正辐射力的幂指数。气体的分压力；即气体的浓度；气体的有效射线平均射线行程。

即：Ag=f(Pg，Tg，S)882026/6/7实际计算使用线算图计算，图12—39到12—41为总压力为100kPa时CO2，H2O，SO2的黑度的线算图。据气体的温度、压力、平均射线行程即可从图中查得它们的黑度。

S的确定：S与容器的大小形状有关，在同种容器中，不同的气体S不同，所以其确定比较复杂，一般取S=4×0.9V/FV:包围气体的体积m3

F:包围气体的表面积㎡由于水蒸气的分压对黑度的影响比有效平均射线平均行程大，所以查得的黑度还要加以修正。892026/6/7

图12—42给出了修正系数β的值。即：εH2O*=βεH2O

注意：当气体的总压不是100kPa时先按100kPa算然后加以修正。有关参考资料上可查。

混合气体的黑度可先按单一气体查表，然后叠加，由于水蒸气和二氧化碳的光带有部分重合，所以，实际的比算出来的大，图12—43给出了修正系数△ε的