传热学辐射换热.ppt

第十章 辐射换热,第二篇 传热学,2,本章主要内容,热辐射的基本概念热辐射的基本定律物体间的辐射换热,3,10-1 热辐射的基本概念,热辐射就是热射线的传播过程。热射线：波长为0.11000m的电磁波。它包含少量紫外线、可见光和红外线。,一、热辐射的本质及特点,1.概念本质：（1）辐射：物体向外发射电磁波的现象。,（2）热辐射：由于热的原因向外发射电磁波（图）的现象。（是三种基本热传递方式之一）,热辐射的本质：物质具有温度,4,2. 特点：,是一种非接触的热传递方式，在空间的传递依靠热射线为载运体；任何物体无论温度高低都存在热辐射现象，即热辐射是物质的固有属性；在辐射换热过程中伴随有能量形式的转变：,（与导热和对流换热相比）,5,当热辐射投射到物体表面上时，一般会发生三种现象，即吸收、反射和穿透。,二、物体对热辐射的吸收、反射和穿透,式中，吸收率； 反射率； 穿透率.,6,对于大多数的固体和液体：（表面辐射和吸收）,对于不含颗粒的气体：（内部辐射和吸收）,三种理想辐射体：,黑体：=1（如：煤烟接近于黑体）,白体：=1（如：高度磨光的金属板）,透明体：=1（如：双原子气体及纯净的空气等）,人工黑体：空腔壁上的小孔可视为人工黑体，在热辐射的分析中有其特殊的重要性。 （动画）,7,一、热辐射能量的表示方法辐射力E：单位时间内，物体的单位表面积向半球空间发射的所有波长的能量总和。(W/m2),黑体一般采用下标b表示，如黑体的辐射力为Eb.,10-2 热辐射的基本定律,8,1.斯蒂芬玻尔兹曼定律（四次方定律）,式中，Cb=5.67 W/(m2K4) ，为黑体的辐射系数。,反映黑体辐射力与温度的关系.,实际物体的辐射力-引入修正系数(黑度),二、热辐射的基本定律,9,式中，Eb为黑体的辐射力，E为实际物体的辐射力。,黑度：实际物体的辐射力与同温度下黑体辐射力之比。,实际物体的辐射力为：,10,2.基尔霍夫定律,反映任一物体的辐射力E和吸收率之间的关系.,结论： 辐射力大的物体，其吸收率也大。 同温度下黑体的辐射力最大。 由黑度定义，可得基尔霍夫定律的另一表达式：,11,3.兰贝特定律*,反映物体辐射能量按空间不同方向的分布规律.,12,10-3 物体间的辐射换热,影响辐射换热的因素有哪些？,引入辐射角系数,（1）表面温度T；（2）表面黑度；（3）几何因素（物体形状、大小及相对位置等）.,13,1.角系数的定义：,表面1对表面2的角系数X1,2：表面1投射到表面2上的辐射能，占表面1辐射总能量的百分比，即,同理，也可以定义表面2对表面1的角系数X2,1。,一、辐射角系数,14,2.角系数的性质：,基本性质：角系数只与物体表面的形状、尺寸以及物体间的相对位置有关，而与物体的性质和温度等无关，是纯几何因子。,相对性：,15,相对性应用,对两相距很近的大平板：X1,2=X2,1=1,对空腔内包物体（为平表面或凸表面）时： X1,2=1，X2,1=A1/A2,16,二、两黑体表面间的辐射换热,式中，1/A1X1,2为空间辐射热阻，其大小完全取决于物体表面间的几何关系，而与物体表面的性质无关，故是所有物体均具有的辐射热阻。,17,三、灰体表面的有效辐射,18,表面1的有效辐射：,表面1与外界的辐射换热：,上两式消去G1：对灰体1=1,式中，(1-1)/1A1为表面辐射热阻，它是因表面不是黑体而产生的热阻，其大小取决于表面因素，故是除黑体以外的物体所特有的辐射热阻。,19,四、两灰体表面间的辐射换热,20,两无限大平行灰体表面间：A1=A2，X1,2=X2,1=1,两种特例：,21,空腔内包物体与空腔内壁间：X1,2=1，X2,1=A1/A2.,两种特例：,当A1<<A2时，视A1/A20.（如电厂厂房内高温管道的辐射散热属此情况）,22,五、辐射换热的强化与削弱,遮热板：在两辐射换热面之间放置的一黑度很小的，用于削弱辐射换热的薄板。,1、强化辐射换热的主要途径有两种： (1) 增加表面黑度； (2) 增加角系数。,2、削弱辐射换热的主要途径有三种： (1) 降低表面黑度； (2) 降低角系数； (3) 加入遮热板。,23,遮热原理：通过在热路中增加热阻来减少辐射换热量。,24,遮热原理在电厂中的应用,在热电偶外加装遮热罩，用于提高温度测量的准确度。,25,例10-1 两相距很近的平行大平壁，表面黑度各为0.8和0.6，温度各为1200和600，试计算：（1）两表面间的辐射换热量；（2）如在两表面间放置一块黑度为0.05的遮热板，此时的辐射换热量又为多少？（3）遮热板的温度是多少？,解：（1）两表面间的辐射换热量为,例题分析,26,（2）加入遮热板后的热路图如教材P151.图10-16所示，此时的辐射换热量为：,27,（3）设遮热板的温度为T3，则,由上式解得：T3=1278K，即t3=1005.,28,10-4 气体辐射,本节将简要介绍气体辐射的特点。在工程中常见的温度范围内，多原子气体(如二氧化碳和水蒸汽)具有很强的吸收和发射热辐射的本领，在锅炉炉内换热分析中对烟气的影响很大，而其他的气体则较弱。,29,1.气体辐射和吸收的特点 (1)气体的辐射和吸收对波长具有选择性。它只在某些光带内具有发射和吸收辐射的本领，而对于其他光带则呈现透明状态。(如图所示),CO2 和H2O的主要吸收光带示意图,30,热辐射穿过气体层时的衰减,(2)气体的辐射和吸收是在整个容积中进行的。这是由于辐射可以进入气体层，并在其内部进行传递，最后有一部分会穿透气体而到达外部或固体壁面，因而，气体的发射率和吸收率还与容器的形状和容积大小有关。,31,2.火焰辐射的特点火焰中含有固体微粒火焰辐射类似于固体辐射可视为灰体处理,32,思考题,教材P154.思考题10-2、10-4、10-5,33,本章小结,热辐射的本质及特点；黑度、黑体及灰体等概念；四次方定律；有效辐射的概念；角系数的性质；两灰体表面间的辐射换热计算(两种特例)；辐射换热的增强与削弱,34,教材P155.习题10-3、10-4,课外作业,35,电 磁 辐 射 波 谱,36,37,人工黑体模型,38,两个无限大平板的三种布置方式,