化工原理第四章第六节讲

2021/1/25 第四章 传热 一、基本概念和定律 二、两固体间的辐射传热 三、对流和辐射的联合传 热 第六节 辐射传热 2021/1/25 一、基本概念和定律 1、 热辐射 热辐射 ： 物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射 辐射传热 ： 不同物体间相互辐射和吸收能量的综合过程 2、 热射线 热射线 ： 可见光线和红外光线统称为热射线 服从反射定律和折射定律 能在均一介质中作直线传播 在真空和大多数的气体 （ 惰性气体和对称的双原子气体 ） 中 热射线可以完全透过 2021/1/25 3、 热辐射对物体的作用 QQQQ DRA 1 QQQQQQ DRA 1 DRA A=QA/Q 物体的吸收率 R=QR/Q 物体的反射率 D=QD/Q 物体的透过率 2021/1/25 4、 黑体 、 镜体 、 透热体和灰体 黑体 （ 绝对黑体 ） ： 能全部吸收辐射能的物体 ， 即 A=1的物体 镜体 （ 绝对白体 ） ： 能全部反射辐射能的物体 ， 即 R=1的物体 透热体 ： 能透过全部辐射能的物体 ， 即 D=1的物体 灰体 ： 能够以相等的吸收率吸收所有波长辐射能的物体 灰体的特点： 它的吸收率 A不随辐射线的波长而变 。 它不是透热体 ， 即 A+R=1,D=0。 2021/1/25 5、 物体的发射能力 -斯帝芬 -波尔茨曼定律 物体发射能力： 物体在一定的温度下 ， 单位表面积 、 单位 时间内所发射的全部波长的总能量 。 用 E 表示 ， 单位： W/m2。 单色辐射能力： 单位表面积 、 单位时间内的发射某一特定 波长的能力 。 d dEE 00 0 lim 0E 2021/1/25 0 00 dEE 绝对黑体的单色发射能力 E0随波长的变化的规律 ： 125 10 T C eCE 2021/1/25 当 =0时 ， 单色发射能力 E0均等于零 ； 波长增加时 ， 单色发射能力也随之增加 ， 达到一最高 值后 ， E0又随 的增加而减小； =时 ， 又回到零 。 黑体的发射能力 dE 0 00 E 0 5 1 1 2 d e C T c 40T 4 0 100 TC 斯蒂芬 -波尔茨曼定律 2021/1/25 :0 黑体的发射常数或斯蒂芬 -波尔茨曼常数 4280 /106 6 9.5 Kmw :0C 黑体的发射系数 KmwC 2800 /6 6 9.510 绝对黑体的发射能力和绝对温度的四次方成正比 。 灰体的发射能力 E ： 4 1 00 TCE C： 灰体的发射系数 ， 取决于物体性质 、 表面情况和温度 。 2021/1/25 黑度 （ 发射率 ） ： 同一温度下 ， 灰体的发射能力与黑体发 射能力的比值 0E E 0C C 0EE 4 0 100 TC 6、 克希霍夫定律 011 EAE 0 1 1 E A E 2021/1/25 0 2 2 1 1 E A E A E A E 克希霍夫定律 一切物体的发射能力与其吸收率得比值均相等 ， 且等于 同温度下的绝对黑体的发射能力 ， 其值只与温度有关 。 由 0EE 和 0EA E 0E EA 在同一温度下 ， 物体的吸收率和黑度在数值上相等 。 表示灰体发射能力占黑体发射能力的分数 A为外界投射来的辐射能被物体吸收的分数 2021/1/25 二、两固体间的相互辐射 1、 两无限大平行灰体壁面之间的相互辐射 从壁面 1辐射和反射的能量之和 E1 232212221221222112111 ERRERRERERRERREE 222121222221211 11 RRRRERRRRRE 2221211 RRRR 211 1 RR 2021/1/25 2021/1/25 21 211 1 1 RR EREE 同理 ， 从壁面 2辐射和反射的能量之和 E2 132211221222222122122 ERRERRERERRERREE 222121122221212 11 RRRRERRRRRE 21 122 1 RR ERE 2021/1/25 2121 EEq 21 222 21 211 11 RR ERE RR ERE 4 4 0 1 0 0,1 TCEARA 1 11 21 21 21 EE q 2021/1/25 4 2 4 1 21 0 1 0 01 0 0111 TTC 4 2 4 1 2121 1 0 01 0 0 TT Cq 1 11 21 0 21 C C 021 111 1 CCC C1-2 总发射系数 2021/1/25 在面积均为 A相距很小的平行面间的辐射传热速率为： 4 2 4 1 2121 1 0 01 0 0 TTACQ 当两平行壁面间距离与表面积相比不是很小时 ， 辐射传热 速率应写为： 4 2 4 1 2121 1 0 01 0 0 TT ACQ 2021/1/25 C1-2： 物体 1对物体 2的总发射系数 ， 取决于壁面的性质和 两个壁面的几何因素 。 例： 车间内有一高和宽各为 3m的铸铁炉门 ， 其温度为 227 ， 室内温度为 27 。 为了减少热损失 ， 在炉门前 50mm处设置一块尺寸和炉门相同的而黑度为 0.11的铝板 ， 试求放置铝板前 、 后因辐射而损失的热量 。 ： 几何因子或角度系数 ， 表示从辐射面积 A所发射出的 能量为另一物体表面所拦截的分数 。 数值与两表面的形状 、 大小 、 相互位置以及距离有关 。 2021/1/25 解 ： (1)放置铝板前因辐射损失的热量 ) 100 () 100 ( 42412121 TTSCQ 取铸铁的黑度为 78.01 21 933 mSS )/(423.478.067.5 421021 KmWCC 1 2021/1/25 )100 27327()100 273227(91423.4 4421 Q W4101 6 6.2 （ 2） 放置铝板后因辐射损失的热量 用下标 1、 2和 i分别表示炉门 、 房间和铝板 。 假定铝板的 温度为 TiK， 则铝板向房间辐射的热量为： )1 0 0)1 0 0( 42422 TTSCQ iii 2021/1/25 式中： 2933 mSS i )/(624.011.067.5 4202 KmWCC ii 1 81)1 0 0(96 2 4.0 42 ii TQ 炉门对铝板的辐射传热可视为两无限大平板之间的传热 ， 故放置铝板后因辐射损失的热量为： )1 0 0()1 0 0( 44111 iii TTSCQ 2021/1/25 式中： 21 9 mSS 1 )/(605.0 1 11.0 1 78.0 1 1 1 11 42 1 0 1 KmW C C i i )1 0 0(6 2 596 0 5.0 41 ii TQ 当传热达到稳定时 ， 21 ii QQ 81)100(9624.0)100(6259605.0 44 ii TT 2021/1/25 KT i 432 WQ i 1510) 100 432(6259605.0 4 1 放置铝板后因辐射的热损失减少百分率为： %1002 1 6 6 01 5 1 02 1 6 6 0%100 21 121 Q QQ i %93 结论： 设置隔热挡板是减少辐射散热的有效方法 ， 而且挡板 材料的黑度愈低 ， 挡板的层数愈多 ， 则热损失愈少 。 2021/1/25 三、辐射、对流联合传热 设备的热损失等于对流传热和辐射传热之和 。 由于对流散失的热量 ： ttAQ wWcC 由于辐射而散失的热量 ： 44 21 1 0 01 0 0 TTAcQ w wR 设备向大气辐射传热 ， 1 2021/1/25 44 21 1 0 01 0 0 TT AcQ wwR 改成对流传热系数的形式 ttAQ wWRR tt TT c w w R 44 21 100100 辐射传热系数 2021/1/25 总热损失量为： RCT QQQ ttA wWRC ttA wWT RCT 对流辐射联合传热系数 对于有保温层的设备 、 管道等 ， 外面对周围环境的对 流 、 辐射联合传热系数可用近似公式估算 。