辐射传热课件.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,*,第六节 辐射传热,4-6-1 基本概念和定律,一.基本概念,1.热射线,无线电波,红外线,可见光,紫外线,伦琴射线,射,线,热射线,电磁波谱,波长,m,约为 0,.4-,600,m,2.吸收、反射和透射,Q,A,Q,Q,R,Q,D,Q=Q,A,+Q,R,+Q,D,具有实际意义的波长范围为:0.420,m,3.黑体 镜体(白体)透热体 灰体,A=1 R=1 D=1,A+R=1,灰体:,以相同的吸收率,部分的吸收由0到所有波长范围辐射能的物体.实际物体可被看作灰体.,普朗克定律:描述黑体的单色辐射能力,揭示了黑体辐射能力按照,波长的分配规律.,二 基本定律,1.物体的辐射能力,E,与普朗克定律,E:,一定温度下,物体在单位表面积、单位时间内发射的全部波长的总能量.,W/m,2,单色辐射能力:在相同条件下,物体发射的特定波长的能量,E,.,定义式:,E,与,E,的关系:,无线电波,红外线,可见光,紫外线,伦琴射线,射,线,热射线,电磁波谱,波长,m,2.斯蒂芬-波尔茨曼定律 (黑体总辐射能力与绝对温度的关系),又称四次方定律,辐射传热的结果:,T,1,T,2,3.克希霍夫定律 (任意物体的辐射能力与它的吸收率之间的关系),灰体 黑体,绝热系统,壁1可以是任何壁,所以,:,灰体辐射能力:,E=,AE,b当两壁温度相等时:,(T,1,=T,2,),表明:,(1)任何物体的辐射能力与其吸收率的比值,恒等于同温度下黑体的辐射能力,并只和,温度有关,与物体的性质无关.,(2)善于吸收辐射能的物体,也善于发射辐射能.,(3)在一定温度条件下,黑体具有最大的辐射能,力和吸收率.,4.物体的黑度(,反映灰体接近于黑体的程度,可比较灰体间辐射能力的大小,.),定义:在同一温度下,灰体的辐射能力与黑体的辐射能力之比,.,即:,与物体的性质、温度及表面情况有关，由实验测定。,实际物体的辐射能力计算：,可见：同温度下，物体的,A,和,在数值上相等，但意义完全不同。,：表示灰体发射的辐射能占同温度下黑体发射的分数A：,表示外界投入的辐射能可被物体吸收的分数。,（气体辐射,A,）,4-6-1 基本概念和定律（回顾）,4-6-1 基本概念和定律,一.基本概念,1.热射线,2.吸收、反射和透射,3.黑体 镜体(白体)透热体 灰体,二 基本定律,1.物体的辐射能力,E,与普朗克定律,2.斯蒂芬-波尔茨曼定律 (黑体辐总射能力与绝对温度的关系),3.克希霍夫定律 (任意物体的辐射能力与它的吸收率之间的关系),4.物体的黑度(,反映灰体接近于黑体的程度,可比较灰体间辐射能力的大小,.),4-6-2 两固体间的辐射传热,4-6-2 两固体间的辐射传热,一.两个较大的平行灰体壁面(间距很小)之间的相互辐射,T,1T,2,E,1,E,2,(1-A,1,),E,2,1 2,A,1,E,2,1 2,E,2,E,1,(1-A,2,),E,1,A,2,E,1,E,1,E,1,E,2,(1-A,1,),E,2,(1-A,2,),E,1,E,2,A,2,E,1,A,1,E,2,本身辐射,有效辐射,吸入辐射,反射辐射,E,1,=E,1,+(1-A,1,),E,2,(a),E,2,=E,2,+(1-A,2,),E,1,(b),辐射传热量:,q,1-2,=E,1,-E,2,(W/,m,2,),E,1,=E,1,+(1-A,1,),E,2,(a),E,2,=E,2,+(1-A,2,),E,1,(b),辐射传热速率:,q,1-2,=E,1,-E,2,(W/,m,2,),由(,a),(b),两式可得:,又由,和,A=,得:,传热速率:,二.两个灰体辐射传热速率的一般表达式,几何因素,(称角系数):,表示从一个物体表面辐射的总能量被另一个物体表面所截获的分数.,传热速率:,从,i,物体表面辐射的总能量被,j,物体表面所截获的分数.,讨论,:,1.,角系数的性质,相对性:,完整性：,2.角系数的计算,回顾辐射传热,返回,4-6-1 基本概念和定律,一.基本概念,1.热射线 2.吸收、反射和透射 3.黑体,镜体(白体),透热体,灰体,二 基本定律,1.物体的辐射能力,E,与普朗克定律,2.斯蒂芬-波尔茨曼定律 (黑体辐总射能力与绝对温度的关系),3.克希霍夫定律 (任意物体的辐射能力与它的吸收率之间的关系),4.物体的黑度(,反映灰体接近于黑体的程度,可比较灰体间辐射能力的大小,.),4-6-2 两固体间的辐射传热,一.两个较大的平行灰体壁面(间距很小)之间的相互辐射,辐射传热量:,二.两个灰体辐射传热速率的一般表达式,辐射传热量:,继续,习题,4-6-3 对流和辐射的联合传热(主要指固体壁面与环境间),对流传热速率:,辐射传热速率:,总传热速率:,对流-辐射的联合传热系数,估算式,传热过程数学描述,返回,间壁换热器的传热过程数学描述,热传导过程数学描述,辐射传热过程数学描述,单层平壁,多层平壁,多层圆筒壁单层圆筒壁,返回,4,4,3,3,3,传热速率微分方程,（或 ）,平均推动力法,-,NTU,法,S,间壁换热器的传热过程数学描述,1,d,o,d,o,bd,o,1,=+,R,i,+R,o,+,K,i,d,i,d,i,d,m,o,管程流体,返回,1.有一套管换热器长10,m，,管间用饱和蒸气加热，空气在一定流量下由管内流过，温度可升至某指定温度。现将空气流量增加一倍，并近似认为加热面壁温不变，问套管加热器需加长几米，气体温度可达到原指定温度？假定空气在管内流动处于湍流状态，忽略管壁热组。,2.某列管换热器，用100水蒸气将物料由20加热至80，传热系数,K=100 W/(,m,2,.)。,经半年运转后，由于污垢的影响，在相同条件下物料出口温度仅为70。现欲使物料出口温度仍维持在80，问加热蒸气温度应取何值？,3.冷、热流体在套管换热器中进行无相变的逆流传热，管内、外两侧对流传热系数的数量级相近，问若增加加热流体进口温度,T,1,时,，,Q、T,2,、t,2,将如何变化？,4.长度均为,l,的三根不同材质粗细均匀的棒，并联传热，各棒两端的温度均为,t,1,、t,2,（t,1,t,2,）。,各棒的截面积分别为,S,1,、,S,2,、,S,3,，,导热系数为,1,、,2,、,3,。求：（1）三棒组成的传热系统的总热组；（2）,2,S,2,较,1,S1,、,3,S,3,大的很多时，单位时间的传热量为多少？（假设热量只沿棒的轴向传递）,5.在一新的套管式换热器中，冷却水在,252.5,mm,的内管中流动，以冷凝环隙间的某蒸气。当冷却水流速为0.4,m/s,和0,.8,m/s,时，测得基于内管外表面的总传热系数分别为,Ko,=1200W/m,2,.,和,Ko,=1700W/m,2,.,，,水在管内为湍流，管壁得导热系数为45,W/m.,，,水流速改变后，可认为环隙间蒸气冷凝的传热系数不变。试求：（1）当水流速为0.4,m/s,时，管壁对水的对流传热系数为多少？（2）若操作一时期后，水流速仍保持为0.4,m/s，,但测得的,K,值比操作初期下降10%，试分析原因，并说明此时蒸气的冷凝量是否也下降10%？,