《辐射传热2ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《辐射传热2ppt课件（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第4节 辐射传热主要学习内容：1 根本概念 包括热辐射与辐射传热、热射线、黑体、镜体、透过体和灰体等物体的辐射才干与相关定律两固体间辐射传热辐射、对流结合传热学习重点： 物体的辐射才干与相关定律，物体间辐射的计算一、 根本概念1 热辐射与辐射传热 1热辐射 物体以电磁波方式传送能量的过程称为辐射，被传送的能量称为辐射能 。因热的缘由引起的电磁波辐射，即是热辐射。 2辐射传热 不同物体间相互辐射和吸收能量的综合过程称为辐射传热。 辐射传热的净结果是高温物体向低温物体传送了能量。热辐射与对流和传导的主要不同点是：热辐射线可以在真空中传播，无需任何介质。2 热热射射线线 能被物体吸收能被物体吸收转变
2、转变成成热热能的能的电电磁波磁波波波长长范范围为围为0.420m，而其中可，而其中可见见光光线线的波的波长长范范围约为围约为0.40.8m ，红红外光外光线线的波的波长长范范围为围为0.820m。 可可见见光光线线和和红红外光外光线统线统称称热热射射线线。红红外光外光线线的的热热射射线对热辐线对热辐射起决射起决议议作用。作用。 3 黑体、镜体、透过体和灰体黑体、镜体、透过体和灰体 如图如图 4-34所示，假设投射在某一所示，假设投射在某一物体上的总辐射能量为物体上的总辐射能量为Q，那么其中有，那么其中有一部分能量一部分能量QA被吸收，一部分能量被吸收，一部分能量QR被反射，余下的能量被反射，余
3、下的能量QD透过物体。透过物体。物体上的总辐射能应为吸收、反射与物体上的总辐射能应为吸收、反射与透过能量之和，即：透过能量之和，即： 黑体 能全部吸收辐射能，即吸收率A=l的物体，称为黑体或绝对黑体。 镜体 能全部反射辐射能，即反射率R=1的物体，称为镜体或绝对白体。 透热体 能透过全部辐射能，即透过率D=1的物体，称为透热体。 普通单原子气体和对称的双原子气体均可视为透热体。温室气体？ 普通来说，固体和液体都是不透热体，即D0，故AR=1；气体反射率R=0，A+D=1。 灰体 以一样的吸收率部分地吸收由零到一切波长范围的辐射能的物体定义为灰体。灰体也是理想物体。 灰体的特点： 1灰体的吸收率
4、A不随辐射线的波长而变。 2灰体是不透热体，即AR1。 大多数的工程资料都可视为灰体， 可简化辐射传热的计算 。二、 物体的辐射才干和有关的定律 辐射才干：物体在一定的温度下，单位外表积、单位时间内所发射的全部波长的总能量，用E表示，其单位为W/ m2。 在一样的条件下，物体发射特定波长的才干，称为单色辐射才干，用E表示。 假设在至 的波长范围内的辐射才干为E，那么1辐射能按波射能按波长分布的定律分布的定律普朗克定律普朗克定律2 根据量子根据量子实际推推导出黑体的出黑体的单色色辐射射才干才干Eb随波随波长和温度和温度变化的函数关系化的函数关系 c1的单位：W/m2；c2的单位：m.K 称为普朗
5、克定律，提示黑体的辐射才干按照波长的分配规律。 讨论：1.在一定T下，E b变化关系有极值存在， 令 那么 这称“维思定律，阐明辐射强度的最高值随T增高而向降低方向挪动。 2.在普通技术范围内(T 1400K)辐射能主要分布在0.810m的红外光波段内，分布在可见光波段0.40.8m的能量很小。在很高的T下，能量主要分布在短波区。 3.普朗克定律是黑体辐射定律，实践物体的单色辐射力与及T的关系只能用实验测定。 黑体辐射才干按波长的分布规律曲线如图4-35所示。2 四次方定律斯蒂芬波尔茨定律 黑体在某一温度下的辐射才干，即每一等温线下到横轴间的面积，即 积分得 不同的物体辐射系数C值不一样，其值
6、与物体的性质、外表情况和温度等有关。C值恒小于 C0，在 0 5.67范围内变化。 上式即为斯蒂芬-波尔茨曼定律，通常称为四次方定律。斯蒂芬-波尔茨曼定律提示黑体的辐射才干与其外表温度的关系，阐明黑体的辐射才干仅与热力学温度的四次方成正比。 四次方定律也可推行到灰体，可表示为物体的黑度物体的黑度 通常将灰体的通常将灰体的辐射才干与同射才干与同温度下黑体温度下黑体辐射才干之比定射才干之比定义为物体的黑度物体的黑度又称又称发射率用射率用表示，即表示，即由物体的黑度可求得该物体的辐射才干。由物体的黑度可求得该物体的辐射才干。3 克希霍夫克希霍夫 定律定律 克希霍夫定律提示了物体的克希霍夫定律提示了物
7、体的辐射才干辐射才干E与吸收率与吸收率A之间的关系。之间的关系。 二块相距很近的平行平板的辐二块相距很近的平行平板的辐射传热，射传热， 如图如图4-36所示。所示。 对板对板1来说，辐射传热的结果来说，辐射传热的结果为为灰体黑体T1T2T1T2 当两板到达热平衡，即 T1=T2时，q=0 上式为克希霍夫定律的数学表达式。该式阐明任何物体的辐射才干和吸收率的比值恒等于同温度下黑体的辐射才干，也仅与物体的绝对温度有关。因板因板1可以用任何板来替代，可以用任何板来替代， 上式可写为上式可写为 在同一温度下，物体的吸收率和黑度在数值上是一样的。但是 两者的物理意义那么完全不同。前者为吸收率，表示由其它
8、物体发射来的辐射能可被该物体吸收的分数；后者为发射率，表示物体的辐射才干占黑体辐射才干的分数。 得3 两固体间的辐射传热 两个面积很大相对于两者间隔而言且相互平行的灰体平板间相互辐射如图4-37所示。 两平行平板间单位时间内、单位外表积上净的辐射传热量为两板间辐射的总能量之差，即代入得以 假设平行的平板面积均为S时，那么辐射传热速率为 实践运用中需引入几何要素角系数修正辐射传热速率： 留意：1. 辐射公式可用于任何外形的外表之间的相互辐射，但对一物体被另一物体包围下的辐射，那么要求被包围物体的外表应为平外表或凸外表，如图4-38中所示。2.角系数表示从辐射面积S所发射出的能量为另一物体外表所获
9、截的分数， 必需和选定的辐射面积S相对应 。 知铸铁的黑度为知铸铁的黑度为0.78，铝的黑度为，铝的黑度为0.11解：放置铝板前的热辐射损失 此题属于很大物体2包住物体1的情况，因此，S=3*3=9m2 C1-2=C0*1=5.67*0.78=4.423W/m2.K4 =1 因此，Q1-2=4.423*1*9(227+273)/1004-(27+273)/1004l(2)放置铝板后因辐射损失的热量l 以下标1，2，i分别表示炉门、房间和铝板l 假设平衡形状下铝板的温度为TiK，那么铝板向房间辐射的热量为l Qi-2=Ci-2S(Ti/100)4- (T2/100)4l 式中，S=9m2，=1l
10、 Ci-2=C0i=5.67*0.11=0.624 W/m2.K4l 故 Qi-2=0.624*9(Ti/100)4-81l 炉门对铝板的辐射传热视为两个无限大平板之间的传热，放置铝板后炉门的热损失为： Q1-i=C1-iS(T1/100)4- (Ti/100)4 式中，S=9m2，=1 C1-i=C0/(1/1+1/i-1) =0.605W/m2.K4 所以，Qi-2=0.605*9625-(Ti/100)4 当传热到达稳定时，Q1-i=Qi-2 解得 Ti=432K 故 Qi-2=0.605*9625-(Ti/100)4=1510W 放置铝板后， 热损失减少(Q1-2-Q1-i)/Q1-2=93% 设置隔热挡板是减少热辐射损失的主要手段之一。 四 对流和辐射的结合传热 在计算某些温度较高的工业管道和设备的热损失问题中，需求思索对流与辐射的结协作用。虽然二者遵照不同的规律，但在二者共存的场所，经常将后者也用一致的牛顿冷却定律表示。设备的热损失计算根底：辐射传热速率方程对流传热速率方程 有保温层的设备外壁与周围环境的结合传热系数 ，可用以下各式进展估算：1.空气自然对流时 在平壁保温层外 在管或圆筒壁保温层外 两式适用于 t w 150的场所。2.空气沿粗糙壁面强迫对流时 空气的流速 u 5m/s: 空气的流速 u5 m/s:
