第五章 传热2(热辐射).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,*,*,5.5,辐射传热,化学工程与工艺研究所,5/24/2026,1,热辐射的定义与性质,任何物体，只要其绝对温度不为零度，都会不停的以电磁波的形式向外界辐射能量；同时，又不断吸收来自外界其他物体的辐射能。当物体向外界辐射的能量与其从外界吸收的辐射能不相等时，该物体与外界就产生热量的传递。这种传热方式称为热辐射。,热辐射线可以在真空中传播，无需任何介质，这是热辐射与对流和传导的主要不同点。因此，辐射传热的规律也不同于对流传热和导热。,5/24/2026,2,5/24/2026,3,（,一）固体辐射,1.,黑体,入射辐射,Q,某物体,按能量守恒定律，有,:,5/24/2026,4,显然，有：,式中各项依次称为该物体对入射辐射的吸收率，反射率和穿透率，并分别用字母,a,r,d,表示。,黑体,：,是指能吸收投入到其面,上的所有热辐射能的物体，是,一种科学假想的物体，现实生,活中是不存在的。但却可以人,工制造出近似的人工黑体。,黑体模型,5/24/2026,5,黑体,a=1.,白体,r=1.,透射体,d=1,“,黑”，“白”之分不据颜色,雪霜,a=0.985,近似黑体，黑光金属,r=0.97,近似白体。,黑体，白体，透射体,5/24/2026,6,斯蒂芬,波尔兹曼定律,称为黑体发射常数。,上式也可表示为：,称为黑体发射系数。,表明绝对黑体的发射能力和绝对温度的四次方成正比。,5/24/2026,7,2.,实际物体,黑度,黑度只与辐射物体本身情况有关（与温度有关），是物体的一种性质，而与外界无关。,任何实际物体只能部分吸收投入其上的辐射能，而且对不同波长的辐射能呈现出一定的选择性，即对不同波长的辐射能的吸收程度不同。,5/24/2026,8,3.,灰体,实验证明，对于波长在,范围内的辐射能，即工业上应用最多的热辐射，大多数材料的吸收率随波长变化不大，根据这一实际情况，可以把实际物体当成是对各种波长辐射能均能同样吸收的理想物体。这种理想物体称为灰体。,5/24/2026,9,克希荷夫从理论上证明：,此式称为,克希荷夫定律,。,此式为克希荷夫定律得另一种表达式。,5/24/2026,10,4.,黑体间的辐射传热,两黑体间传递的热流量：,5/24/2026,11,角系数定义,从表面,1,发出的辐射能中落到表面,2,上的百分数,称为表面,1,对表面,2,的角系数，记为,落到,dA2,上的由,dA1,发出的辐射能,dA1,向外发出的总辐射能,5/24/2026,12,由蓝贝特定律可证明：,工程上为了方便起见，已经把角系数的结果绘成曲线，以便计算。,5/24/2026,13,5.,灰体间的辐射传热,1,2,5/24/2026,14,有效辐射和投入辐射,单位时间内离开某灰体单位面积的总辐射能称为有效辐射，而单位时间投入灰体单位面积的总辐射能称为投入辐射。,1,2,对假象平面,1,考察，单位时间，单位面积净损失能量为：,对假象平面,2,考察，有：,5/24/2026,15,联立上两式，得：,引入了有效辐射，则可以把灰体当成是对投入辐射全部吸收而辐射能力等于有效辐射的“黑体”。,将有效辐射的表达式代入，并且当考察对象是两灰体组成的与外界没有辐射能交换的封闭系统时，有：,可得：,5/24/2026,16,或写成：,式中，,称为系统黑度。,5/24/2026,17,(1),两距离很近大平板：,5/24/2026,18,(2),内包系统，内包物体具有凸表面,1,2,5/24/2026,19,例：热电偶的测温误差：用裸露热电偶测得管产内高温气体的温度,T1923K。,已知管壁温度为,713,K，,热电偶表面的黑度 ，高温气体对热电偶表面的对流给热系数 ，,试求管内的真实温度 及热电偶的测温误差。,如采用单层遮热抽气式热电偶，热电偶的指示温度为多少？假设由于抽气的原因气体对热电偶的对流给热系数增至 ，遮热罩表面的黑度,5/24/2026,20,5/24/2026,21,5/24/2026,22,(6),影响辐射的主要因素,1.,温度影响,与 成正比，很敏感。与对流、传导不同。,2.,几何位置影响角系数,3.,表面黑度的影响,为了减少辐射散热，可在表面上镀以黑度很小的银、铝等。,4.,辐射表面之间介质的影响,介质指辐射面之间的某一参与辐射的物体，其影响着辐射面之间的直接辐射，如遮热屏壁。为了减少辐射散热，加遮热板。,5/24/2026,23,例：遮热板的作用：实验室内有一高,0.5m,，宽,1m,的铸铁炉门，其表面温度为 ，（,1,）试求由于炉门辐射散热的热流量,（,2,）若在炉门前很近距离平行放置一块同等大小的铝板（已氧化）作,为遮热板，则辐射散热热流量可降为多少？设室温为 。,高温炉,门,铝板,遮热板,环境空气,5/24/2026,24,5/24/2026,25,5/24/2026,26,(7),辐射给热系数,5/24/2026,27,（二）气,体辐射,气体,：对称双原子气体（,H,2,、O,2,、,空气）,近似,透热体，,无吸收、辐射能力,多原子气体,(,CO,2,、H,2,O,蒸汽,),高温时具有很强辐射和吸收能力。,气体热辐射特点：,*选择性,只辐射和吸收某一波长范围的辐射能；,*,容积辐射特性,吸收和辐射在整个体积内进行。,气体发射能力：,5/24/2026,28,（三）辐射、对流的联合传热,很多化工设备外壁温度常高于周围的环境温度，因此热量将由壁面以对流和辐射两种形式散失。,辐射对流联合传热系数。,5/24/2026,29,