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1、对流传热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础 4.4辐射传热 4.4.1辐射传热的基本概念 4.4.1.1辐射传热的本质和特点 电磁波谱 辐射物体以电磁波的方式向外传递能量的过程 1 对流传热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础 由于热的原因而发生的辐射 热辐射 取决于温度 能被物体吸收并转变成热能的部分电磁波 热射线 辐射传热 物体之间相互辐射和吸收热过程的总效果 辐射传热的特点: （1）热辐射不仅进行能量的转移，不伴随能量的转化。 （2） 辐射能既可从温度高的物体向低温物体辐射，低温 物体也向高温物体辐射 2 对流传热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础 （3）热射线的传播具有
2、与光同样特性，不需要传热介质 。 阳光穿过广阔的真空在太 空传播，不需要传热介质 3 对流传热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础 4.4.1.2吸收、反射和透过 透过率 吸收率 反射率 A+R+D=1 4 对流传热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础 几种特殊情况 绝对黑体 A=1，R=D=0 绝对透热体 D=1，A=R=0 绝对白体： R=1，A=D=0 5 对流传热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础 4.4.1.3黑体辐射模型 小孔尺寸愈小 愈接近黑体 在空心体的壁面 上所开的小孔 具有黑体的性质 6 对流传热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础 4.4.2热辐射的基本
3、定律 4.4.2.1普朗克辐射定律 （1）辐射能力和辐射强度 辐射能力 符号：“E” 单位：W/m2 物体每单位表面积，在单体时 间内向半球空间辐射出去的波 长从0范围内的总能量 辐射强度 物体每单位表面积，在单体时 间内向半球空间辐射出去的波 长从d范围内的辐射能力为 dE，dE与波长间隔的比值 符号：“E” 7 对流传热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础 黑体： （2）普朗克辐射定律 E曲线 8 对流传热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础 （1）某一波长的单色辐射能力随温度升高而增大； （2）在某一温度下，其辐射辐射能力随波长而变化： 0，E，00；，E，0； 达到最高值后，E
4、，0。 （3）温度愈高，最大辐射强度的波长愈短 （4）温度在2000K以下，辐射波长大部分在0.7610m的 范围内，可见光比例相当小，可以忽略。但随温度升高，可见光 比例在不断增加 。 对E曲线的讨论： 9 对流传热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础 4.4.2.2维恩偏移定律 数学表达式： 物理意义：最大辐射强度的波长与绝对温度的乘积为一常数 4.4.2.3斯蒂芬波尔茨曼定律 数学表达式： （W/m2） 物理意义：说明黑体的辐射能力与其绝对温度的四次方成正比 。 10 对流传热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础 4.4.2.4灰体的特性 （1）黑度与灰体 单色黑度 理想灰体（简
5、称灰体） 11 对流传热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础 灰体 灰体辐射能力 黑度 物体辐射能力与同温度 下黑体辐射能力的比值 12 对流传热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础 （2）单色吸收率 物体对某种波长辐射能的吸收率称为单色吸收率，用A表示 黑体的A不随波长变化而变化，且等于1； 灰体A的也不随波长变化而变化，且小于1； 实际物体的A随波长变化而变化，但在波长1大于的热射线范围， A随波长变化很小，可看作为常数 13 对流传热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础 1 （3 ）有关辐射的几个概念 1 本身辐射 物体1向外辐 射的能量 投射辐射其它物 体投射到物体1的 辐
6、射能量 1 有效辐射物体1的 本身辐射加上反射辐 射 吸收辐射物体1 吸收的部分投射辐 射能量 1 反射辐射物体1反 射的部分投射辐射能 量 1 14 对流传热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础 4.4.2.5克希霍夫定律 设有两个面积很大、相距很近、可忽略边界影响的平行平面F0和F1.。 物理意义：任何物体的辐射能力与 其吸收率之间的比值，恒等于同温度 下黑体的辐射能力，并且只和温度有 关，与物体的性质无关。 克希霍夫定律： 15 对流传热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础 即 ： 克希霍夫定律另一表达式： 任何物体的吸收 率等于同温度下 的黑度 A=克希霍夫恒等式 16 对流传
7、热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础 4.4.3固体间的辐射传热 4.4.3.1角系数 F1对F2的角系数 F2对F1的角系数 表示一个物体的辐射热量 落到另一个物体上的分数 角系数 17 对流传热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础 （1）角系数的性质 互变性 完整性 18 对流传热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础 一个物体表面 辐射出去的热 量，可能投向 自身 平面和凸面：110 凹面：110 自见性 19 对流传热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础 123 透热体 兼顾性 20 对流传热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础 （2）常见的几种角系数值 A、两个无
8、限大的平行平面 (如图 a) B、一个平面1和一个曲面2组成的封闭体系(如图 b) 21 对流传热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础 C、一个物体1被另一个物体2包围 (如图c) D、两个曲面组成的封闭体系 (如图d) 22 对流传热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础 4.4.3.2两个黑体间的辐射传热 空间热阻 E01 E02 黑休辐射传热 的电热网络图 23 对流传热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础 4.4.3.3灰体间的辐射传热 灰体的有效辐射 离开表面的净辐射换热量 当A=时 灰体辐射换热的表面热阻 24 对流传热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础 两灰体表面
9、间的净辐射换热: 电网络单元 两个灰体表面间的辐 射传热的电网络图 25 对流传热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础 系统的导来黑度 : 两灰体表面间辐射换热计算式 : 影响其辐射传热的三个基本因素： 两灰体的温度差、角系数和系统的导来黑度。 26 对流传热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础 几种特殊情况： 两个物体均为无限大的平行平面 如果两平行平面中：12（或21） 则：122（或121） 27 对流传热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础 当两个物体中有一个为凸面（或平面）时 ： 如果两物体中，F2F1，则：121。 28 对流传热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础
10、 【例】计算在厂房内的蒸气管道外表面每米长的辐射热损失。 已知管外保温层的黑度10.9，外径d583mm，外壁面温度 t150，室温t220 【解】属一个物体被另一个物体包围时的辐射换热 因为管道表面积F1相对于厂房面积F2来说是很小 121 29 对流传热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础 4.4.4气体辐射 4.4.4.1气体辐射的特点 1气体的辐射和吸收对波长有选择性。 由于气体的辐射光谱不连续，一般情况下气体不能看成是灰体。 2气体的辐射和吸收是在整个容器中进行 。 3气体的R0，A+D1 。 气体辐射率和吸收率与气 体的温度Tg气层厚度lg与气 体分压Pg乘积有关 30 对流传
11、热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础 4.4.4.2气体的黑度 和吸收率 1气体的黑度 31 对流传热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础 修正： 即: 烟气的黑度 ： 据公式画出二氧化碳 的黑度和水蒸气的黑 度图 ，使用时直接 查图。 32 对流传热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础 （2）气体的吸收率 烟气的吸收率 ： 条件黑度： 据CO2的黑度图查得 据H2O的黑度图查得 近似计算可不修正 33 对流传热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础 4.4.4.3火焰辐射 （1）净化的气体燃料完全燃烧时，烟气的主要成分是 CO2、H2O和N2，固体微粒很小，可用上述气体辐射公
12、式计 算其黑和吸收率。 （2）有灰分的燃料燃烧或无灰分的燃料不完全燃烧时， 不仅有气体辐射，同时还存在固体微粒的辐射，并且微粒 起决定性作用。 （3）影响火焰中微粒的数量的因素 燃料种类、燃烧方法、窑炉形状及大小、供应空气的数 量及方式 34 对流传热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础 4.4.4.4气体与固体间的辐射传热 （1）烟气与器壁间的辐射传热 器壁的有效黑度： 当TwTg时，近似地采用Agg w0.8 35 对流传热综合传热课件目录教案 硅酸盐工业热工基础 （2）烟气与被加热物料间的辐射传热 物料的有效黑度 ： （3）强化辐射传热的措施 A、适当提高烟气温度。 B、增大烟气与物料接触的表面积，提高物料的黑度；采用 反射隔热罩，减少辐射热损失。 C、提高烟气的黑度 。 36
