热辐射过程教学课件

1、第五节 热辐射,3.5 热辐射 3.5.1 基本概念 3.5.2 物体的辐射能力 3.5.3 两固体间的相互辐射 3.5.4 高温设备及管道的热损失,3.5.1 基本概念,1. 辐射：物体通过电磁波来传递能量的过程。,2. 热辐射：物体由于热的原因以电磁波的形式向 外发射和吸收能量的过程。,可见光： 0.40.8 m 很高温度下才有明显作用 红外线： 0.840 m 在热辐射中起决定作用,自然界中凡是温度高于绝对零度的物体，都会不停的向四周发射辐射能,辐射传热的特性,具有反射、折射和吸收的特性； 服从光的反射、折射定律； 能在均一介质中作直线传播。,特点： 能量传递的同时还伴随着能量形式的转换

2、: 内能1 电磁波能内能2 以电磁波形式传播，不需要任何介质。 热辐射可穿越真空，但对流、热传导不能。热射线一般不能透过固体和液体。,N,3. 热辐射对物体的作用,吸收率；,反射率；,透过率。,穿过物体QD,总辐射能Q,被物体吸收QA,被反射QR,黑体：能全部吸收辐射能的物体,白体（镜体）：能全部反射辐射能的物体,透热体：能全部透过辐射能的物体 H2，O2,A，R，D = f ( 物体性质、温度、表面、辐射波长）,灰体：能以相同的吸收率吸收所有波长辐射能的物体。工业上，多数物体都可近似视为灰体,固体、液体：不能透过固体和液体 D=0 R+A=1 气体：无反射能力 R=0 A+D=1,3.5.2

3、 物体的辐射能力,物体在一定温度下，单位表面积，单位时间内所发射的全部波长的总能量（波长从0到），E，W/m2。,物体的单色辐射能力：物体在一定温度下，发射某种波长的总能量；以E表示，单位W/m2。,E 与E的关系：,式中 0黑体辐射常数，=5.66910-8W/(m2 .K4)； C0黑体辐射系数，=5.669W/(m2 .K4),一、黑体的辐射能力 E0,四次方定律表明，热辐射对温度特别敏感。,一、黑体的辐射能力 E0,例：计算黑体表面温度分别为20和800时的辐射能力。,解,黑体在20 下的辐射能力,黑体在800 下的辐射能力,二、 实际物体的辐射能力,物体的黑度：,1,物体的黑度：与物

4、体的种类、表面温度、表面状况、波长有关。是物体辐射能力接近黑体辐射能力的程度。,式中C灰体的辐射系数，C=5.669 W/(m2.K4),灰体辐射能力,实际物体的辐射能力与黑体的辐射能力之比称为物体的黑度,常用工业材料的黑度 的值,三、克希霍夫定律,T1 T0,A1 A0=1,对灰体:,热交换达到平衡时 ：T1=T0, q=0,D1 D00,辐射能力与其吸收率的比值恒为常数，等于同温度下黑体的辐射能力,两板间为透热体,结论： （1）任何物体的E/A均相同，且等于同温度下E0。 E，A 。 （2）A=，数值上相等。辐射能力，吸收能力。 （），即在任何温度下，各种 物体中以绝对黑体的发射能力为最大

5、。,一、两无限大平行灰体壁面间的相互辐射,3.5.3 两固体间的相互辐射,灰体间的相互辐射,设 T1 T2,E1、E21、2面在温度T1 、T2下的发射能力；,E1 1面辐射和反射的能量之和 1面发射的总能量 E22面辐射和反射的能量之和 2面发射的总能量,对平面1,从平面2辐射到平面1的总能量E2-自右向左的箭头之和，,其中一部A1E2被平面1吸收，其余部分（1-A1）E2被反射,两平行壁面间单位时间、单位面积的辐射热量,1面发射的总能量E1（ 1-A1）E2,总发射系数,式中 S平面的传热面积； 1-2角系数(物体1发射辐射能被2拦截分率)。,两平面的面积有限时：,总辐射系数C1-2和角系

6、数1-2的数值与物体黑度、形状、大小、距离及相对位置有关,在大平面的传热面积为S，相距很小的平面间的辐射传热速率,二、一物体被另一物体包围时的辐射,讨论：1）很大的物体2包住物体1：,2）物体2恰好包住物体1：,3）情况1和2间的情况：,S=S1,SS1,S=S1,三、影响辐射传热的因素,1. 温度的影响 T4 ， 低温时可忽略，高温时可能成为主要方式 2. 几何位置的影响 3. 表面黑度的影响 ，改变黑度的大小强化或减小辐射传热。 4. 辐射表面间介质的影响 换热面加黑度较小的遮热板，辐射散热。,3.5.4 高温设备及管道的热损失,对流散热：,辐射散热：,令=1,总热损失：,式中T对流-辐射联合传热系数，W/(m2.K)。,热量将以自然对流和辐射两种形式同时自壁面向周围环境传递，而引起热损失,T估算,(1)空气自然对流,平壁保温层外,管道及圆筒壁保温层外,(2) 空气沿粗糙壁面强制对流,空气速度u5m/s时,空气速度u5m/s