第十八讲 热辐射课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十八讲 热辐射,Chapter 18 Heat Radiation,Keywords:,Radiation heat transfer,Emissivity,Absorptivity,Reflectivity,Transmissivity,Pranck,law,Stefan-,Boltamann,law,Kirchhoff,law,主要内容：,热辐射的基本概念、基本定律；,辐射传热计算的基本方法。,作业：练习题,23,1,，,23,2,1,热辐射的基本概念,热辐射机理的定性描述：,物体受热后,其中某些原子,or,分子“,激发态,”，从,激发态,低能态,能量就以电磁波辐射的形式发射出来。,热射线,可见光线,(,波长：,0.4,0.8,m,T,，,热效应明显,),红外光线,(,波长：,0.8,20,m,多数具有实际意义热辐射波长,决定作用,),自发,物体因热的原因，对外以电磁波形式向外发出辐射能,吸收,热能。,(1),热辐射,(T,，,热辐射,),(2),热辐射对物体的作用,A,、,R,、,D,被,吸收,Q,A,；,被反射,Q,R,；,穿透,物体,Q,D,。,热射线的特点：,在均质介质中,直线传播；,在,真空,、多数气体中,完全透过；,在工业上常见的多数固体,or,液体中,不能透过。,与可见光一样，服从反射与折射定律。,当热辐射的能量投射在某一物体上时，其总能量,Q,：,理想物体，作为实际物体一种,比较标准,简化辐射传热计算。,黑体、镜体、透过体、灰体,黑体,(,绝对黑体,),：,A=1,，,R=D=0,辐射与吸收能力,max,，,在热辐射的分析与计算中具有特殊重要性。,镜体,(,绝对白体,),：,R=1,，,A=D=0,；,能全部反射辐射能，且入射角等于反射角,(,正常反射,),。,透过体,(,绝对透过体,),：,D=1,，,A=R=0,；,能透过全部辐射能的物体。,实际上：,对 无光泽的黑体表面，,A=0.96,0.98,接近黑体；,磨光的铜表面，,R=0.97,近似镜体；,单原子,or,对称双原子气体，,D,视为透过体。,物体的性质；,表面状况；,温度；,投射辐射线的波长。,物体的,A,、,R,、,D,其大小取决于：,灰体,能以,相同吸收率,吸收,所有波长,范围辐射能的物体；,A,与辐射线波长无关，即物体对投入辐射的吸收率与外界无关；,不透过体，,A+R=1,工业上常见固体材料,(0.4,20,m,),。,特点：,(3),辐射传热,物体之间,相互辐射与吸收辐射能,的传热过程。,物体在一定温度下，单位时间、单位表面积所发出全部波长的总能量。,E,（,J/m,2,s,，即,W/m,2,）,2,固体的辐射能力,表征固体发射辐射能的本领,单色辐射能力,：在一定温度下，物体发射,某种波长,的能力，记作：,E,(,W/m,3,),定义：,Planck law,黑体的,单色辐射能力,E,b,随波长,、,温度,T,的,变化规律,对应于每一温度,T,均为一条能量分布曲线；,式,中：,E,b,黑体的单色辐射能力，,W/m,2,；,T ,黑体的绝对温度，,K,；,C,1,常数，其值为,3.74310,-16,，,Wm,2,；,C,2,常数，其值为,1.438710,-2,，,mK,。,E,b,T,3,T,2,T,1,从图中可见：,(2)Stefan-,Boltzmann,law,(,四次方定律,),T,，,E,b,，,max,移向波长较短的方向,等温线下的面积,黑体的辐射能力,E,b,黑体的辐射系数,由四次方,定律：,E,b,对,T,敏感，,T,，,热辐射起主导作用。,黑体,辐射能力,E,b,与,T,间的关系,(3),灰体的辐射能力,E,：,是物体本身的特性,物体的性质；,温度；,表面状况,(,表面粗糙度、氧化程度,),。,由实验测定,将,Stefan-,Boltamann,law,用于灰体：,物体的黑度,为,同温度下,灰体与黑体的辐射能力之比，即,=E/,E,b,C,：,灰体辐射系数；,定义,：,灰体辐射能力与吸收能力间,(,E,A,),的关系,任何灰体的辐射能力与吸收率之比恒等于,同一温度下,绝对黑体的辐射能力。,数学表达式：,(4),Kirchhoff,law,即：,或：,同一灰体吸收率与其黑度在,数值,上必相等。,AE,两无限大的平行平壁,两壁面间距离,壁面尺寸；,其中一壁面,1,灰体,T,1,、,E,1,、,A,1,T,2,，,两壁面间为透热体,(,D,=1),，,系统对外绝热。,对壁面,1,，辐射传热的结果即两壁面辐射传热的热通量,q,为：,E,b,(1-A,1,)E,b,E,1,A,1,E,b,当两壁面,达到热平衡时，,T,1,=T,2,q,=0 ,E,1,=,A,1,E,b,E,1,/,A,1,=,E,b,推广到任意灰体，有：,A,1,，,E,E,b,且,A=,Kirchhoff,law,推导过程：,Kirchhoff,law,推导的,假设条件：,3,物体间的辐射传热,讨论两灰体间的辐射传热,两灰体间辐射传热过程的复杂性,(,与灰体,黑体间辐射传热对比,),因灰体,A,A,1,，,则：,两大平行板,若为,有限面积,A,1,平行面：,物体,2,恰好包住物体,1(,A,2,A,1,),：,4,影响辐射传热的主要因素,辐射传热量正比于,温度的四次方之差,同样,T,，,在高温时辐射传热量,；,如：,T,1,=720K,，,T,2,=700K,与,T,1,=120K,，,T,2,=100K,两者温差相同，但在其它条件相同时，热流量相差,240,多倍,高温传热时，热辐射占主要地位,；,温度,为削弱物体表面间辐射传热，常在换热表面间插入薄板,遮热板,阻挡辐射传热。,两辐射表面的形状与大小、方位与距离,一表面对另一表面的投射角,；,(2),几何位置,(3),表面黑度,通过改变表面黑度的方法,强化,or,削弱辐射传热。,(4),辐射表面间介质的影响,例：计算遮热板的作用。,某车间内有一高度为,0.7m,，,宽,1m,的铸铁炉门,(,已氧化,),，表面温度,450,，室,温为,27,。,为减少炉门的辐射散热，在距炉门,35mm,处放置一块与炉门大小,相同的铝制遮热板,(,已氧化,),，试计算放置遮热板前、后炉门因辐射而散失的,热量。,(,铸铁,1,=0.75,，,铝,3,=0.15,),解：,放遮热板前，炉门为四周所包围，则有,：,放遮热板后，因炉门与遮热板间距离小,两者之间辐射传热视为两无限大平壁间的相互辐射，则有：,设铝板,温度,T,3,，,则有：,遮热板与,四周的散热量,Q,3-2,为：,稳态,传热，,Q,1-3,=,Q,3-2,T,3,=609K,Q,1-3,=770W,放置铝板后炉门的辐射热损失减少的百分率为：,设置遮热板,是减少辐射散热有效方法，且遮热板,，,遮热板数,，热损失,。,例：热电偶的测温误差。,裸露热电偶,测得管道内高温气体,T,1,=923K,。,已知：管壁,T,W,=440,，,热电偶表面,1,=0.3,，,高温气体对热电偶表面,1,=50W/m,2,，,试求：管内气体真实温度,T,g,及热电偶测温误差；,若采用单层遮热罩,(,2,=0.3,),抽气式热电偶，,2,=90W/m,2,(,抽气,),，,试求：热电偶的指示温度,T,1,。,T,W,T,g,T,2,T,1,解：,裸露热电偶,稳态传热：,热电偶与管壁辐射散热,=,气体对热电偶表面对流传热,绝对误差,159K,；,相对误差,14.7%,气体对遮热罩表面对流传热速率,=,遮热罩与管壁辐射散热速率,气体对热电偶表面对流传热速率,=,遮热罩与热电偶辐射,散热速率,绝对误差,37K,；,相对误差,3.4%,采用,遮热,罩抽气式热电偶使,测温精度,。,加遮热罩，稳态传热条件下：,5,对流与辐射的联合传热,管道、设备热损失的计算,当管道,or,设备外壁温度,T,W,T,环境,Q,损失,=,Q,对流,+,Q,辐射,(1),对流传热热损失,Q,C,(2),辐射传热热损失,Q,R,(4),T,的,估算,(,有,保温层设备、管道外热损失,),1),空气,u5m/s,2),空气,u5m/s,空气沿粗糙壁面强制对流,空气自然对流,(,T,W,150),1),平壁保温层外：,2),管道或圆筒壁保温层外：,(3),设备总损失,Q,T,：,对流,辐射联合表面传热系数,例：在,2198mm,的蒸汽管道外包一层厚为,75mm,，,导热系数为,0.1W/mK,的保温材料，管内饱和蒸汽温度为,160,，周围环境,温度为,20,，试估算管道保温层外表面的温度及单位长度管,道的热损失。,(,假设,管内冷凝传热与管壁热传导热阻,不计,),解：依题意，单位管长的热损失可表示为：,联立求解,得：,t,W,=33,外径,219,b=75,t,W,t,环,=20,热传导,对流,辐射,T,W,本 节 小 结,辐射传热的基本概念：,热辐射、,A,、,R,、,D,、,黑体、镜体、透过体、灰体、辐射能力等；,辐射基本定律：,Pranck,law(,E,b,),Stefan-,Boltamann,law(,E,b,),Kirchhoff,law(,E,A,/,),两灰体间的辐射传热,C,1-2,、,1-2,由物体黑度、形状、大小、相互位置、距离而定。,设备的热损失,