传热学第十二章辐射换热.ppt

1、12-1热辐射的基本概念12-2黑体辐射基本规律12-3两物体表面间的辐射热交换修正算12-4瓦斯气体辐射，整体要求：定性：热辐射基本概念，黑体辐射基本规律，实际物体的辐射特性及基尔霍夫定律辐射热交换的强化和弱化。 定量：采用黑体辐射基本规律及黑体辐射热交换函数求解辐射热交换问题.第十二章辐射换热、热辐射是传热三种基本方式之一，是电磁波传能的现象，与热传导和对流有本质区别。 辐射热交换是相互不接触的物体之间通过相互的辐射进行热交换的过程。 辐射通过低温区传递给人体，宇宙的超真空环境是天然的热绝缘体，其高温外壁不易蒸发制冷，辐射几乎是唯一的散热方式，人体与墙壁之间的传热方式主要是辐射，是传统工业

2、的辐射热交换问题，太阳能热水器利用典型的辐射热交换原理，辐射热交换应用背景介绍物体通过电磁波传递能量的方式称为辐射每一个自然段物体通过不断地向空间发射热辐射给云同步，不断地吸收来自其它物体的热辐射。 辐射和吸收过程的综合结果引起了以辐射方式进行的物体之间的传热辐射热交换。1定义：由热运动产生，以电磁波的形式传递的能量，保温瓶散热保温瓶穿山鼠开关主要依赖辐射传热，是12-1热辐射的基本概念，一是辐射的概念和特征，1 )只要物体温度T0K，物体就有辐射能力2 )近距离及远距离效应(靠近，远离天体) 存在热动平衡(吸收和释放)的4 )高温时更重要，(与Tw4Tf4)成比例的5 )存在吸收、反射、透射

3、的6 )物性根据波的长度和方向而变化的7 )完全不需要介质，可以通过真空和低温。2辐射热交换的基本特征是：3、3、3，电磁波谱、电磁辐射包括多种形式，如下图所示，我们感兴趣的是工业实用性热辐射区域一般为0.381000m。 国际家用微波炉微波波长为122 mm，支持频率为2450 MHz，电磁波传播速度： c=f式中： f频率，s-1波长，m，例如室温下呈黑色的铁元素棒在炉中被加热时，颜色为暗红色、红色、橘红色，你知道为什么吗？ 由于铁元素棒的加热，温度上升，其放射能量最大的波长向短波长方向移动，即从远红外线、近红外线到可见光区域经历，因此呈现上述颜色变化。 维也纳规律，如：海水的颜色为什么总

4、是蓝色的回答：由于海水的非灰性，海水根据波长的不同可见光吸收比不同，蓝色波长附近的放射性射线吸收少，反射多，因此呈蓝色。 第十二章辐射热交换热辐射的基本概念，一般来说热线也遵循可见光的规律，即使放射性射线落到物体表面，也会发生吸收、反射、透射现象。 如图所示，设外界向物体表面心理投射的总能量为q，一部分能量QA进入表面后被物体吸收的另一个能量QR被物体反射，其佗部分能量QD透过物体，所以，是， ADR=1，2，吸收、反射和透过，第12章在工序中，通常将吸收比A=1的物体称为绝对黑体(简称为黑体)，将反射率R=1的物体称为镜体，将透射率D=1的物体称为透明体。 在工序中，导入通常灰体的概念A1的

5、物体。二、吸收、反射和透射、灰尘的单色辐射率不随波长变化的物体，我们称为灰尘作为研究中的虚拟物体，自然段上不存在灰尘的灰尘的辐射力遵循史蒂芬-玻耳兹曼定律，即c -灰尘发射系数，在自然段上不存在绝对的黑体，以人造的的方式绘制非常接近黑体的模型当放射热通过小孔入射到空洞中时，在空洞内多次经历吸收和反射，但每次经过吸收，放射热被削弱了内壁面的吸收比的量，最终能够离开小孔的能量极小，被认为完全吸收到空洞内。 三、辐射力和单色辐射力，第十二章辐射热交换热辐射的基本概念，辐射力是指物体单位表面积上单位时间内向半球空间所有方向辐射的所有波长范围内的总能量，用符号e表示。 设物体的表面积为f，发射的总能量为

6、q，放射力为w/m2，物体的放射能随波长分布不均匀。 如果在波长到d的波段中发射的能量是dE :w/m2，e表示在单位时间内物体以单位面积在半球空间的所有方向上发射的某特定波长的能量，称作单色辐射力。 属于黑体的所有量都用E0表示。 之前定义了黑体的辐射特性：在相同温度下，黑体辐射的能力最强，包括所有方向和所有波长在内的真实物体表面的辐射能力低于相同温度下的黑体(也称为黑度) :在相同温度下，真实物体的半球总辐射力与黑体半球总辐射力之比为： 实际物体的放射力是史蒂芬-玻耳兹曼定律(四次方定律)，即四，发射率(黑度)，(1)遵循平板支撑定律的t绝对温度，k； c1第一辐射常数； c2第二辐射常数

7、；12-2热辐射的基本定律，(2)维恩(位移)定律维恩位移定律表示该波长极端值和热力学温度的函数关系，(3)史蒂芬波兹曼定律：式中，是黑体辐射常数常数。 C0是黑体辐射系数，实际物体的放射力：发射率，黑体半球空间的各方面的辐射强度相等，该法则称为朗伯法则，(4)朗伯侑弦法则，定向放射力与定向辐射强度的关系，定向放射力的数值与法线之间的实际物体表面不服从朗伯侑弦法则， 指的是物体表面朝向某一方向，相对于与该方向垂直的单位面积，单位时间内照射到单位立体角内的全波长的总能量。 用符号I表示，第十二章辐射热交换热辐射的基本概念，(5)基尔霍夫法则如图所示，设有两个表面，一个是黑体，另一个是黑体。 由于

8、两个表面相互平行且距离近，所以从一块板发射的放射能全部落到另一块板上。 板1为黑体表面，其辐射力、吸收比、表面温度分别为Eo、Ao和T1，板2为灰体表面，其辐射力、吸收比和表面温度分别为e、a和T2。第十二章辐射热交换热辐射的基本概念，五、基尔霍夫法则、灰体表面2放射的能量e透过黑体表面1时，全部被黑体吸收。 当从黑体表面1反射的能量Eb透过灰体2时，AEo被灰体表面吸收，其合适部分(1-A)Eo被黑体表面1反射，被黑体完全吸收。 吸收到灰体表面的能量在AEo中丧失的能量为e，两者的差为两板间的辐射热交换量q:w/m2，当温度相等时，两表面处于热平衡状态，q=0，得到了E=AEo、第12章辐射

9、热交换热辐射的基本概念。在热平衡条件下，任何物体的辐射力与吸收比之比均可表现为始终等于同温度下的黑体的辐射力。 第十二章辐射热交换热辐射的基本概念从基尔霍夫法则可以得出如下结论：1.在相同温度下，物体的辐射力越大，其吸收比越大，即辐射好的物体吸收得越好。 2 .同温度下黑体辐射力最大。 3 .与黑色度相比，=A .温度相等时，物体的黑色度始终等于其吸收比。12-3物体表面间的辐射热交换，(1)有角系数1、2、2个表面，编号为1和2，当其间充满透明介质时，表面1对表面2的角系数x1、2是表面1直接心理投射表面2的能量的比例。 即，类似地，还可以定义表面2相对于表面1的角系数。 由此概念来看，在角

10、度系数的应用中，存在扩散面等温物性均匀、角度系数特征、1、角度系数相对性、2、角度系数完全性、3、角度系数分解性(附加性)、(2)空间热阻抗和表面热阻抗这些制约条件的表面热阻抗：物体表面不是黑体，所以不能全部吸收所投影的辐射能(3)任意两个物体表面间的辐射热交换修正运算，(4)特殊位置的两个物体间的辐射热交换修正运算，1，2无限大平行平壁间的辐射热交换特征：2，空洞与内包壁间的辐射热交换特征：因此：12-4瓦斯气体辐射多原子瓦斯气体及结构不对称的两原子瓦斯气体具有相当的辐射能力， 1、瓦斯气体辐射对波长有很强的选择性，各瓦斯气体只有在一定的波长范围内辐射和吸收能力，O3能全部吸收波长小于0.3m的紫外辐射工程燃烧的主要产物CO2、H2O (汽)的光谱，分别大于2.5m， 其中有两种吸收：放射到瓦斯气体层界面的放射能在放射过程中吸收减弱，减弱的程度与辐射强度在途中相遇的分子数(与放射过程长和瓦斯气体密