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1、热辐射原理及计算课件 热辐射Heat RadiationKeywords: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4-12,4-131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0.40.8mT T，热效应明显)红外光线(
2、波长0.820m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 A、R R、D D被吸收Q QA A；被反射Q QR R；穿透物体Q QD 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 QD RAQ Q Q Q?1?QQQQQQD RA1?D RAQ QDQ QRQ QADRA/?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
3、、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=0.960.98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 A、R 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 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，
4、A+R=1工业上常见固体材料(0.420m)。 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 E（J/m22s，即W/m22）?ddE EE?0lim?dE E?02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 E(W/m33)定义 (1)Planck law黑体的单色辐射能力E E b随波长、温度T T的变化规律对应于每一温度T均为一条能量分布曲线；0,;0,0max,?bb b bbEE E EE),(1/512T feCETCb?式中E E b黑体的单色辐
5、射能力，W/m22；T黑体的绝对温度，K K；C C11常数，其值为3.74310-16，Wm22；C C22常数，其值为1.438710-22，mK。 E bT3T2T1123T T T?从图中可见紫外灾难T，E 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 E b b另外32.910mT?由于地表温度和太阳表面温度的差异，使得二者辐射波长不同，又由于大气层中的CO22吸收地球辐射波，导致温室效应。 (2)Stefan-Boltzmann law(四次方定律)(105102T fdeCd E ETCb b?42042804040/67.5/1067.5100K mW CKm
6、 WTC T E b?4T E b?黑体的辐射系数由四次方定律E Eb b对T T敏感，T，热辐射起主导作用。 黑体辐射能力E Eb b与T间的关系 (3)灰体的辐射能力E4100?TC E40100?TC E Eb?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/Eb b C C灰体辐射系数；定义灰体辐射能力与吸收能力间(E EA 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。 ?T fEAEAEb?2211数学表达式?A (4
7、)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 11、E E 11、A A11T T22，两壁面间为透热体(D D=1)，系统对外绝热。 对壁面11，辐射传热的结果即两壁面辐射传热的热通量q q为EbE1A1EbbE AE q11?当两壁面达到热平衡时，T T11=T2q q=0E E11=A A11E EbbE E11/A A11=EEbb推广到任意灰体，有?T fEAEAEb?2211A A1，E (1)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AA1，则0121C C?两大平行板1110.12102121?C
8、C若为有限面积A A11平行面02121210.1C C?物体22恰好包住物体1(A A22A A11)1110.12102121?CC4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 T，在高温时辐射传热量；如T T11=720K，T T22=700K与T T11=120K，T T22=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； (1)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
9、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11=0.75，铝33=0.15)解放遮热板前，炉门为四周所包围，则有K TK TA AC C300,723,0.1211012121?WT TAC Q7893100100424110121?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1/1/1,0.13103131?
10、CC设铝板温度T T33，则有?43411310311001001/1/1T TACQ?遮热板与四周的散热量Q Q33-22为?424330323100100T TAC Q?稳态传热，Q Q11-33=Q Q33-22T T33=609K Q Q11-33=770W放置铝板后炉门的辐射热损失减少的百分率为%2.9078937707893213121?QQ Q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 T11=923K。 已知管壁T T W W=440，热电偶表面11=0.3，高温气体对热电偶表面11=50W/m22，试求管内气体真实温度T T g g及热电偶测温误差；若采用单层遮热罩(22=0.3)抽气式热电偶，22=90W/m22(抽气)，试求热电偶的指示温度T T11。 T W TgT2T1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?KT TCT TT TC T T qCCAAWgWg10821001001001000.1,04411011441011121012121?
