传热学辐射换热

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,重庆电力高等专科学校,热工理论基础,第十章,辐射换热,第二篇 传热学,本章主要内容,热辐射的基本概念,热辐射的基本定律,物体间的辐射换热,2,10,-1,热辐射的基本概念,热辐射就是热射线的传播过程,。,热射线：,波长为,0.1,1000,m,的电磁波。它包含,少量,紫外线、可见光和红外线,。,一、热辐射的本质及特点,1.,概念本质：,（,1,）辐射：物体向外发射电磁波的现象。,（,2,）,热辐射：,由于,热的原因,向外发射电磁波（,图,）的现象。（是三种基本热传递方式之一）,热辐射的本质：物质具有温度,3,2.,特点：,是一种非接触的热传递方式，在空间的传递依靠热射线为载运体；,任何物体无论温度高低都存在热辐射现象，即热辐射是物质的固有属性；,在辐射换热过程中伴随有能量形式的转变：,（与导热和对流换热相比）,4,当热辐射投射到物体表面上时，一般会发生三种现象，即吸收、反射和穿透。,二、物体对热辐射的吸收、反射和穿透,式中，,吸收率；,反射率；,穿透率,.,5,对于大多数的固体和液体,：,（表面辐射和吸收）,对于不含颗粒的气体：,（内部辐射和吸收）,三种理想辐射体：,黑体：,=1,（,如：煤烟接近于黑体）,白体：,=1,（,如：高度磨光的金属板）,透明体：,=1,（如：双原子气体及纯净的空气等）,人工黑体：,空腔壁上的小孔可视为人工黑体，在热辐射的分析中有其特殊的重要性。,（动画）,6,一、热辐射能量的表示方法,辐射力,E,：,单位时间内，物体的单位表面积向,半球空间,发射的所有波长的能量总和。,(W/m,2,),黑体一般采用下标,b,表示，如黑体的辐射力为,E,b,.,10-2,热辐射的基本定律,7,1.,斯蒂芬,玻尔兹曼定律,（四次方定律）,式中，,C,b,=5.67 W/(m,2,K,4,),，为黑体的辐射系数。,反映黑体辐射力与温度的关系,.,实际物体的辐射力,-,引入修正系数,(,黑度,),二、热辐射的基本定律,8,式中，,E,b,为黑体的辐射力，,E,为实际物体的辐射力。,黑度,：,实际物体的辐射力与,同温度下,黑体辐射力之比。,实际物体的辐射力为：,9,2,.,基尔霍夫定律,反映任一物体的辐射力,E,和吸收率,之间的关系,.,结论：,辐射力大的物体，其吸收率也大。,同温度下黑体的辐射力最大。,由黑度定义，可得基尔霍夫定律的另一表达式：,10,3,.,兰贝特定律,*,反映物体辐射能量按空间不同方向的分布规律,.,11,10-3,物体间的辐射换热,影响辐射换热的因素有哪些？,引入,辐射角系数,（,1,）表面温度,T,；,（,2,）表面黑度,；,（,3,）,几何因素,（物体形状、大小及,相对位置,等）,.,12,1.,角系数的定义：,表面,1,对表面,2,的角系数,X,1,2,：表面,1,投射到表面,2,上的辐射能，占表面,1,辐射总能量的百分比，即,同理，也可以定义表面,2,对表面,1,的角系数,X,2,1,。,一、辐射角系数,13,2.,角系数的性质：,基本性质：,角系数只与物体表面的形状、尺寸以及物体间的相对位置有关，而与物体的性质和温度等无关，是,纯几何因子,。,相对性：,14,相对性应用,对两相距很近的大平板：,X,1,2,=X,2,1,=1,对空腔内包物体（为平表面或凸表面）时：,X,1,2,=1,，,X,2,1,=A,1,/A,2,15,二、两黑体表面间的辐射换热,黑体间的辐射换热网络图,E,b2,E,b1,式中，,1/A,1,X,1,2,为,空间辐射热阻,，其大小完全取决于物体表面间的几何关系，而与物体表面的性质无关，故是,所有物体均具有的辐射热阻,。,16,三、灰体表面的有效辐射,17,表面,1,的有效辐射：,表面,1,与外界的辐射换热：,上两式消去,G,1,：对灰体,1,=,1,表面辐射热阻网络图,J,1,E,b1,式中，,(1-,1,),/,1,A,1,为,表面辐射热阻,，它是因表面不是黑体而产生的热阻，其大小取决于表面因素，故是,除黑体以外的物体所特有的辐射热阻,。,18,四、两灰体表面间的辐射换热,19,两无限大,平行灰体表面间,：,A,1,=A,2,，,X,1,2,=X,2,1,=1,两种特例：,20,空腔内包物体与空腔内壁间,：,X,1,2,=1,，,X,2,1,=A,1,/A,2,.,两种特例：,当,A,1,A,2,时，视,A,1,/A,2,0.,（如,电厂厂房内高温管道的辐射散热属此情况）,21,五、,辐射换热的强化与削弱,遮热板：,在两辐射换热面之间放置的一黑度很小的，用于削弱辐射换热的薄板。,1,、强化辐射换热,的主要途径有两种：,(1),增加表面黑度；,(2),增加角系数。,2,、削弱辐射换热,的主要途径有三种：,(1),降低表面黑度；,(2),降低角系数；,(3),加入遮热板。,22,遮热原理：,通过在热路中,增加热阻,来减少辐射换热量。,23,遮热原理在电厂中的应用,在热电偶外加装遮热罩，用于提高温度测量的准确度。,24,例,10-1,两相距很近的平行大平壁，表面黑度各为,0.8,和,0.6,，温度各为,1200,和,600,，试计算,：（,1,）两表面间的辐射换热量；（,2,）如在两表面间放置一块黑度为,0.05,的遮热板，此时的辐射换热量又为多少？（,3,）遮热板的温度是多少？,解：,（,1,）两表面间的辐射换热量为,例题分析,25,（,2,）加入遮热板后的热路图如教材,P151.,图,10-16,所示，此时的辐射换热量为：,26,（,3,）设遮热板的温度为,T,3,，则,由上式解得：,T,3,=1278K,，即,t,3,=1005,.,27,10-4,气体辐射,本节将简要介绍气体辐射的特点。在工程中常见的温度范围内，,多原子气体,(,如二氧化碳和水蒸汽,),具有很强的吸收和发射热辐射的本领，在锅炉炉内换热分析中对烟气的影响很大，而其他的气体则较弱。,28,1.,气体辐射和吸收的特点,(1),气体的辐射和吸收对波长具有选择性。,它只在某些,光带,内具有发射和吸收辐射的本领，而对于其他光带则呈现透明状态。,(,如图所示,),CO,2,和,H,2,O,的主要吸收光带示意图,29,热辐射穿过气体层时的衰减,(2),气体的辐射和吸收是在整个容积中进行的。,这是由于辐射可以进入气体层，并在其内部进行传递，最后有一部分会穿透气体而到达外部或固体壁面，因而，气体的发射率和吸收率还与容器的形状和容积大小有关。,30,2.,火焰辐射的特点,火焰中含有固体微粒,火焰辐射类似于固体辐射,可视为灰体处理,31,思考题,教材,P154.,思考题,10-2,、,10-4,、,10-5,32,本章小结,热辐射的本质及特点；,黑度、黑体及灰体等概念；,四次方定律；,有效辐射的概念；角系数的性质；,两灰体表面间的辐射换热计算,(,两种特例,),；,辐射换热的增强与削弱,33,教材,P155.,习题,10-3,、,10-4,课外作业,34,电 磁 辐 射 波 谱,35,36,人工黑体模型,37,两个无限大平板的三种布置方式,38,