第四节辐射换热.ppt

1、第四节 辐射换热,辐射换热的基本概念,是指温度不同的两个(或两个以上)物体间相互进行的辐射和吸收所形成的换热过程。 它是以电磁波辐射形式进行的热能交换。 波长在0.1-40m范围内的射线投射到物体上后，能够被物体吸收变成热能 ，这一范围内的射线称为热射线，其传播过程称为热辐射。 辐射换热可以在真空中进行。,物体的吸收率、反射率和穿透率 辐射能投射到物体表面上后，一般总是一部分被吸收，一部分被反射，还有一部分可能穿透物体。若我们令： Q投射到物体表面上总的辐射能， QA被吸收的部分； QR被反射的部分； QD 穿透过去的部分；,则可得：Q=QA+QR+QD 上式两边同除以Q后得出,则我们称： Q

2、A/Q 物体的吸收率A QR/Q 物体的反射率R QD/Q 物体的穿透率D 且 A+R+D=1,几种假想物体 透明体： D=1 即能让投射到它上面的辐射能全部透过。 近似的透明体有氧气，氮气等（双原子气体） 白体：R=1 它能反射投到它表面上的全部热射线。物体表面的粗糙程度对热射线的反射有决定性影响。 黑体: A=1 它能全部吸收投射到它上面来的辐射能， 是一切物体中吸收能力最强的一种理想物体。 在辐射换热理论中，黑体占有重要地位。,热辐射的基本定律,普朗克定律 全辐射力：在单位时间内，物体单位面积，放射出的波长在=0-范围内的全部能量，简称辐射力，用E表示； 黑体的辐射力用E0表示。 单色辐

3、射力：是指在单位时间内，物体单位表面积，放射出的某一波长下单位波长的能量，用符号E表示； 黑体用E0表示,普朗克定律的主要内容 它确定了黑体的单色辐射力的表示式： W/（m2m） 式中，波长，m； T物体的绝对温度，K； C1 常数，为3.743108Wm4/m2； C2常数，为1.439104mK 普朗克定律揭示了黑体辐射力在不同温度下按波长分布的规律。,维恩定理 E0的最大值：根据E0的曲线图可看出，在同一温度下，E0在某一波长max时，存在最大值，且对应于E0的最大值时的max随着温度的升高而向短波范围移动。 维恩定理的内容：根据对应的最大单色辐射力E0的波长max，可以推算出辐射表面的

4、温度T： maxT2.910-3mK (4-2) 即： T2.910-3/ max,斯蒂芬-玻尔兹曼定律（四次方定律） 斯蒂芬-玻尔兹曼定律内容：物体的辐射力E与其绝对温度T的四次方成正比。 W/m2 (4-3) 对于黑体，有： 式中：C0=5.67W/（m2K4）,黑度 是指实际物体的辐射力与同温度下黑体的辐射力之比 ，即实际物体吸收率的大小。,黑度的大小取决于物体的材料、温度及其表面状态。而不仅仅取决于颜色。颜色的深浅仅对可见光的吸收率影响较大。而可见光的辐射力一般只占全辐射力的很少部分，大部分辐射力由红外线决定，而对红外线来说，吸收率主要取决于物体表面的粗糙度，不管什么颜色，平滑面和磨光

5、面，其反射率都要比粗糙面高好几倍。而表面粗糙的物体即使颜色浅，其黑度却很大。,基尔霍夫定律 基尔霍夫定律的内容：任何物体的辐射力和吸收率之比值与物体的性质无关，而恒等于同温度下绝对黑体的辐射力。 注：该定理只对于平衡的热辐射适用。,推倒过程 如图：表面1和表面2 其中1为黑体 根据推倒可得： 表面2辐射换热的差额为 q=E-AE0 热平衡时T=T0，由q=0得： E-AE0=0 或 E/A=E0,结论： 从基尔霍夫定律可得出如下结论： 1）物体的辐射力愈大，吸收率也就愈大。即善于发射的物体必善于吸收； 2）实际物体的吸收率总是小于1，所以在同温度下绝对黑体的辐射力最大。 3）在热平衡条件下，任

6、意物体对绝对黑体辐射的吸收率等于同温度下该物体的黑度。,太阳在辐射时就像一个具有5800K的圆盘，其最大辐射强度在波长为0.5um处。整个辐射约有一半是发生在可见光的波长范围，其余的则在红外线范围内，直到波长为3um。 在太阳到地球的平均距离内，太阳垂直投射在单位面积上的能量是一个常数，称为太阳常数，其值为 Eos=1326W/m2,太阳辐射热的计算,当太阳直射时，在地面上的照射力Es小于Eos。在考虑太阳辐射时，物体和周围介质的辐射换热计算公式 Q12是物体吸收或者放出的热量； T1是物体温度；T2是周围空气温度； 是物体表面的黑度； S1是物体表面积； As是物体对太阳的吸收率； Es是太阳照射力； Ss是物体被太阳照射的面积。,如果电子产品装在箱内，则通过箱壁传入的太阳辐射热可近似计算为： K是箱体的传热系数,思考题： 试从辐