化工原理第四章第六节讲稿

第四章 传热第六节 辐射传热

一、基本概念和定律 二、两固体间的辐射传热 三、对流和辐射的联合传 热

2014-5-5

一、基本概念和定律1、热辐射热辐射 ： 物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射 辐射传热 ：不同物体间相互辐射和吸收能量的综合过程

2、热射线热射线 ：可见光线和红外光线统称为热射线 服从反射定律和折射定律

能在均一介质中作直线传播 在真空和大多数的气体(惰性气体和对称的双原子气体)中 热射线可以完全透过2014-5-5

3、热辐射对物体的作用

QA QR QD QQA QR QD 1 Q Q Q

A R D 1A=QA/Q R=QR/Q D=QD/Q2014-5-5

——物体的吸收率 ——物体的反射率 ——物体的透过率

4、黑体、镜体、透热体和灰体黑体(绝对黑体): 能全部吸收辐射能的物体，即A=1的物体 镜体(绝对白体):能全部反射辐射能的物体，即R=1的物体 透热体 ： 能透过全部辐射能的物体，即D=1的物体

灰体 ：能够以相等的吸收率吸收所有波长辐射能的物体灰体的特点： 它的吸收率A不随辐射线的波长而变。 它不是透热体，即A+R=1,D=0。

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5、物体的发射能力---斯帝芬-波尔茨曼定律物体发射能力： 物体在一定的温度下，单位表面积、单位 时间内所发射的全部波长的总能量。用 E 表示，单位：W/m2。

单色辐射能力：单位表面积、单位时间内的发射某一特定波长的能力。

E0 dE0 lim E 0 0 d 2014-5-5

E0

0 E 0 d

绝对黑体的单色发射能力Eλ0随波长的变化的规律 ：

E 0

C2 5 T C1 1 e

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当λ=0时，单色发射能力Eλ0均等于零； 波长增加时，单色发射能力也随之增加，达到一最高 值后 ，Eλ0又随λ的增加而减小； λ=∞时，又回到零。 黑体的发射能力

E0

0

E 0 d

0

C1 4

5

c2 e T

d

1

4 C T 0T 0 100 2014-5-5

——斯蒂芬---波尔茨曼定律

0 : 黑体的发射常数或斯蒂芬---波尔茨曼常数 0 5.669 10 w / m K2 8 4

C0 :

黑体的发射系数

C0 0 10 5.669w / m K8 2

绝对黑体的发射能力和绝对温度的四次方成正比。灰体的发射能力E :

T E C 100

4

C:灰体的发射系数，取决于物体性质、表面情况和温度。2014-5-5

黑度(发射率): 同一温度下，灰体的发射能力与黑体发射能力的比值

E C E0 C 0

T E E0 C0 100 6、克希霍夫定律

4

E1 A1E02014-5-5

E1 E0 A1

E E1 E2 E0 A A1 A2

——克希霍夫定律

一切物体的发射能力与其吸收率

得比值均相等，且等于 同温度下的绝对黑体的发射能力，其值只与温度有关。

由

E

E E0 和 E0 A

E A E0

在同一温度下，物体的吸收率和黑度在数值上相等。 ε表示灰体发射能力占黑体发射能力的分数 A为外界投射来的辐射能被物体吸收的分数2014-5-5

二、两固体间的相互辐射1、 两无限大平行灰体壁面之间的相互辐射从壁面1辐射和反射的能量之和E1’2 2 3 E1 ' E1 R1 R2 E1 R12 R2 E1 R2 E2 R1 R2 E2 R12 R2 E2

2 2 E1 1 R1R2 R12 R2 R2 E2 1 R1R2 R12 R2

1 R R2014-5-5

1 2

2 R12 R2

1 1 R1 R2

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E1 R1 E 2 E1 ' 1 R1 R2同理，从壁面2辐射和反射的能量之和E2’2 2 3 E2 ' E2 R1R2 E2 R12 R2 E2 R2 E2 R1R2 E1 R12 R2 E1

2 2 E2 1 R1 R2 R12 R2 R2 E1 1 R1 R2 R12 R2

E 2 R2 E1 1 R1 R22014-5-5

q1 2 E1 ' E2 'E1 R1E2 E2 R2 E2 1 R1R2 1 R1R2

T4 A 1 R, A, E C0 100

4

q1 2

E1 E 2 1 1 1

1

2

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4 4 C0 T1 T2 1 1 100 100 1

1

2

q1 2

T 4 T 4 C1 2 1 2 100 100 1 C0 1 1 1 1 1 1 C1 C 2 C 0 1 2

C1 2

C1-2——总发射系数2014-5-5

∴在面积均为A相距很小的平行面间的辐射传热速率为：

Q1 2

T 4 T 4 C1 2 A 1 2 100 100

当两平行壁面间距离与表面积相比不是很小时 ，辐射传热 速率应写为：

Q1 2

T 4 T 4 C1 2 A 1 2 100 100

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φ:几何因子或角度系数，表示从辐射面积A所发射出的能量为另一物体表面所拦截的分数。数值与两表面的形状 、大小、相互位置以及距离有关。 C1-2:物体1对物体2的总发射系数，取决于壁面的性质和 两个壁面的几何因素。 例：车间内有一高和宽各为 3m 的铸铁炉门，其温度为 227 ℃,室内温度为 27 ℃。为了减少热损失 ，在炉门前

50mm处设置一块尺寸和炉门相同的而黑度为 0.11的铝板，试求放置铝板前、后因辐射而损失的热量。2014-5-5

解：(1)放置铝板前因辐射损失的热量

T1 4 T2 4 Q1 2 C1 2 S[( ) ( ) ] 100 100 取铸铁的黑度为 0.78 1

S S1 3 3 9m 1

2

C1 2 C0 1 5.67 0.78 4.423W /( m2 K 4 )

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Q1 2

227 273 4 27

273 4 4.423 1 9 [( ) ( ) ] 100 100

2.166 10 W(2)放置铝板后因辐射损失的热量 用下标 1 、 2 和 i 分别表示炉门、房间和铝板。假定铝板的 温度为TiK,则铝板向房间辐射的热量为：

4

Qi 22014-5-5

Ti 4 T2 4 Ci 2 S[( ) ) ] 100 100