中国石油大学辐射换热.ppt

1、辐射换热，第一节是热辐射的基本概念，第一节是热辐射的本质，区别在于：它不需要物体之间的直接接触(在真空中，它不需要介质)；能量的形式发生了变化；热传递和温度之间的关系是不同的(或成比例的，而热辐射具有四次方关系)。我们已经介绍了两种基本的热传递方式(热传导和热对流)。热辐射：由热引起的电磁波辐射。辐射：物体通过电磁波向外传输能量的过程。因为热辐射也是一种辐射现象，所以从理论上讲，热辐射的波长范围可以在0到1000之间，但在工业范围内，一般温度不超过2000千。在这个温度范围内，热射线的波长为0.3810米，可见光的波长为0.380.76米，比重很小，如果包括太阳辐射，则为0.110米。根据不同

2、的波长范围，电磁波可以分成许多部分，每个部分都有相应的名称。热辐射成分：紫外线、可见光和红外线的一部分。从图中可以看出，红外线在热辐射射线的分布中占主导地位。另一方面，在特定的热辐射中，热辐射不一定占主导地位(取决于温度)。热辐射：紫外线0.10.38米，可见光0.380.76米，红外线0.761000米，近红外线0.761.4米，中红外线1.43.0米，远红外线3.010米，工业一般物体(太阳辐射：0.120米约定：除非另有规定，后述的热辐射指红外线。(2)辐射能的吸收、反射和透射根据能量守恒定律，当热辐射能量像可见光一样投射到物体表面时，也会发生吸收、反射和透射。=1(原因：由于分子排列紧

3、密，当热辐射能量投射到固体表面上时，它会立即被邻近的分子吸收)，一般而言，对于固体和液体而言，=0。至于反射，它可以分为两类：镜面反射：表面光滑度和粗糙度小于波长；普通镜子；漫反射：表面光滑度和粗糙度大于波长；例如，玻璃墙是可见光的透明体；对于其他波长的热辐射，其穿透能力非常差(温室效应导致全球变暖)。因此，对于固体和液体，它们的吸收和反射都在表面上进行(表面条件有很大的影响)。吸收能力强，反射能力弱。固体和液体的吸收和反射是在表面进行的，与物体内部无关(表面条件密切相关)。最后指出，一般来说，黑体有很强的吸收能力，而白体有很强的反射能力(对于太阳辐射)。适用于日常生活，如冬天穿黑色(深色衣服

4、)(吸收能力强，头上戴帽子)；在夏天，穿较浅的颜色，比如白色(能量吸收较少)，但这不是静态的。对于气体：=0，=1，一般工程材料表面形成漫反射。例如，雪对太阳辐射有很好的反射能力，但对其他热射线的吸收率很高，达到0.98左右。因此，对光线的吸收和反射有很大影响的是物体的表面状况，而不是它的颜色。在自然界中，纯黑体是不存在的。例如，吸收能力强的黑丝绒的吸收率只有0.96，但非常接近黑体的模型可以用人工方法制造。可以吸收各种波长辐射能的物体，称黑体。黑体表面的辐射属于漫反射。1.黑体，图7-5黑体模型，a。黑体可以吸收任何波长和任何方向的所有投射辐射。在腔内经过多次吸收和反射后，离开小孔的能量很小

5、，可以认为是完全被腔吸收了，因此小孔具有黑体表面的性质。2.黑体的本质。如果小孔的面积较小，小孔就更接近黑体。黑体的吸收和辐射能力是温度和波长的函数。吸收能力最大的黑体也必须有最大的辐射能力。2.在介绍几个定律之前，我们先介绍两个基本概念：2 .单色辐射力E，指的是在单位时间内，一个物体在半球空间每单位表面积的所有方向上发射一定波长的辐射能量。一个物体在单位时间内在周围半球空间的所有方向上每单位表面积发出的所有波长的辐射能量总量。1.总辐射力(辐射力)e(辐射本身)，1。普朗克定律、四定律、黑体光谱辐射力对波长和温度的依赖性，继黑体模型之后，许多科学家已经研究了单色辐射力与黑体波长之间的关系。

6、普朗克首先试图通过热力学理论揭示内部关系，即温度和焓之间的关系，并取得了一些进展，但未能令人满意地回答一些问题。后来，根据电磁波的量子理论，他得到了著名的普朗克定律。(同时，他还创立了量子理论。)(4)辐射能与温度有关。当温度较低时，可见光的比例很小(800K时没有颜色变化)，但随着温度的升高，该比例增加。如果是太阳辐射，辐射能量在可见光区占很大一部分。从图中可以得出以下结论：(1)黑体辐射光谱随波长连续变化(平滑曲线)；(2)对于任何波长，t，Eb，(3)对于某一温度，辐射力有一个最大值，而t，最大值向左移动；正常情况下，T800K处物体的颜色变化是不可见的(没有可见光)，此时它们都在红外光

7、谱范围内。我们使用的普通灯泡的效率是10。随着科学技术的发展，我们必须逐步淘汰消耗更多能源的灯泡，改用节能灯，这样可以大大节约用电。加热金属，t，颜色会从暗红色变得白炽亮红色橙红色。(根据炉色的变化，炼钢工人可以知道炉内的一般温度)，节能的重要性：单位国内生产总值的能耗约为世界平均水平的3.5倍(能耗与国内生产总值的增长率成正比)。能源利用率约为35%，而发达国家约为50%。能源形势：水电第一；煤炭第三，石油和天然气第五，2。维恩位移定律，从普朗克定律，我们知道单色辐射力和波长之间有一个最大值，因此，维恩位移定律是在1896年提出的，早于普朗克定律，从而证明了这两个定律的正确性。用于计算物体表

8、面的温度。斯蒂芬玻尔兹曼定律，黑体辐射力，也被称为第四次幂定律，因为黑体辐射力与绝对温度有第四次幂关系。注：T0物体有辐射力；t，Eb，如果T2=3T，那么Eb2=81Eb1。当温度高时，必须考虑热辐射(对气体)的影响。第四次幂定律只能计算整个波段的辐射力，但有时需要计算某一波段的辐射能量Eb(12)，黑体辐射函数，黑体小结：黑体的辐射力由第四次幂定律决定，Eb=BT4W/m2；黑体辐射能量按波长的分布遵循普朗克定律；空间方向的分布符合朗伯定律；对应于峰值的m由维恩位移定律确定，即maxT=2898(mK)。第3节实际物体的辐射，1。几个概念，定义：相同温度下实际物体的辐射力与黑体辐射力之比。

9、黑度(发射率)，由于实际物体的不规则变化，研究起来很复杂，但黑体的机理已经很清楚了。为了与黑体联系起来，定义了以下概念。当普朗克定律被引入时，已知黑体的单色辐射力随波长有规律地变化(即曲线是平滑的)。对于真实气体，其单色辐射力随波长不规则变化。2。单色黑度(单色发射率)，实际物体的单色辐射力与同一温度下黑体的单色辐射力之比。辐射力，但实验结果表明，实际物体的辐射力并不与绝对温度严格相关，以四次幂计算，但仍以发动机中的四次幂关系计算，4。定向发射度，定向发射度：在单位时间内单位辐射面积内，以单位立体角向某一方向发射的辐射能量，定向发射度：实际物体的定向辐射强度与黑体的定向辐射强度之比，以及若干金

10、属导体在不同方向上的定向发射度()(t=150)。在一定的温度下，实际物体的方向辐射强度在各个方向上不规则地变化。金属：基本恒定在040；然后，作为；非金属在90度附近减少到0:在060度基本不变；在那之后，5。影响黑度的因素=f(物种、表面温度、表面条件)=f(自身)不同物种有不同的黑度：白色大理石，=0.95；镀锌铁皮，=0.23。不同的温度是不同的：金属温度(形成氧化膜)；非金属，t，(黑色表面，白色表面)。不同的表面条件：不同，抛光表面，低；粗糙的表面，很高。氧化不同于非氧化：通常，氧化金属的黑度大于非氧化金属的黑度。黑度概述：金属表面的发射率一般较小。(非常小)；氧化层可以大大增加金

11、属表面的发射率：铝，轻微氧化，=0.1；严重氧化，=0.5；非导体的发射率较大，一般为0.6；金属：t，(形成氧化薄层)；非金属：或(可以增加或减少)。吸收率：物体对输入辐射的吸收百分比，通常用3)光谱吸收率表示：物体对某一波长的辐射能的吸收百分比，也称为单色吸收率。光谱吸收率随波长的变化反映了真实物体的选择性吸收特性。真实物体的吸收特性，几种材料的光谱吸收率与室温波长的关系，金属导电材料的光谱吸收率与波长的关系，非导电材料的光谱吸收率的关系。如果输入辐射来自黑体，上述公式可以改变。图7-18显示了一些材料对黑体辐射的吸收率与温度之间的关系。某些材料对黑体辐射的吸收率与温度的关系。第二，灰体和

12、真实物体的光谱吸收率与黑体有很大不同，黑体不仅小于1，而且不规则，随波长变化。如果一个物体的光谱吸收率小于1，但它是一个不随投射辐射波长变化的常数，那么它的吸收率也是一个常数。灰体：光谱吸收率与波长无关的物体称为灰体。灰体类似于黑体，它也是一个理想的物体，但对于大多数工程问题来说，灰体假设引起的误差是可以接受的。灰体的光谱发射率也是恒定的。基尔霍夫定律，反射辐射和吸收辐射之间的关系： 1859年，基尔霍夫揭示了辐射力E和实际物体与其周围环境热平衡时的吸收率之间的关系。图8-17平行板之间的辐射传热，如图所示，板1为黑体，板2为实际物体，参数分别为Eb、T1和E、T2，板2的支出和收入之差为两板之间辐射