传输原理教案 第10章 传热

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1、本章概括：1.热辐射是物体因本身的温度，以电磁波的形式向外界发射能量的现象，是热量传递的三种基本方式之一。2.研究热辐射的意义：在现代科学技术的许多传热过程中，辐射换热起着重要的，甚至是主导的作用，需要进行准确的辐射换热计算。3.本章主要内容：（1）辐射概念；基本定律；（2）黑体；实际物体辐射换热计算方法；（3）气体辐射特点。第二篇：热量传输第十章辐射换热p218110.1热辐射的基本概念1.热辐射的本质（1）辐射——物体中分子（原子）受激发而以电磁波的形式释放能量的现象，称为辐射。电磁波携带的能量称为辐射能。（2）任何物体都随时向周围空间发射电磁波，因热的原因，以电磁波方式释放能量，即

2、热辐射。（3）只要物体温度高于绝对零度，就会产生热辐射。以热辐射的方式进行物体间的热量传递，称为辐射换热。（4）辐射换热中伴随能量转换：物质受热激发起原子的复杂运动，进而向外以电磁波的形式发射并传播的能量。接受这种电磁波的物体又将吸收的辐射能转变成热能。22.辐射换热与导热、对流换热有本质的区别：（1）热辐射所发射的辐射能取决于物体的温度，温度越高，辐射越强。（2）热辐射不依赖于物质的媒介作用，是一种非接触的传热方式，因此热辐射是真空中唯一的传递热量的方式。33.电磁波谱（波长λ）2000K以下，热辐射波长一般位于0.38~100μm，其中大部分位于0.76~20μm热射线：能被物体吸收

3、而转变成热能的辐射线称作热射线。热射线包括紫外线，可见光和红外线三个波段。可见光:0.4~0.78μm紫外线:10-2~0.4μm红外线:0.8~50μm43吸收率，反射率，穿透率设辐射到物体表面的总能量Q，其中：物体吸收Qα,反射Qρ,穿透Qτ，则有：Q=Qα+Qρ+Qτ即：令则α+ρ+τ=1(吸收率)(反射率)(穿透率)5注意几点：（1）固体、液体在其表面下1μm～1mm之间可以将辐射能吸收完毕，并且转化为热能。（2）实际厚度一般远大于此，可以认为固液体不能透过热辐射，热辐射全部被吸收或者反射，穿透率=0，即α+ρ=1（3）对固体和液体的辐射、吸收、反射特性的影响因素：物体表面材料的

4、性质、表面状态、覆盖层厚度、温度等。（4）辐射能的反射情况决定于热辐射波长λ与表面不平整尺寸Δ的相对大小。λ<Δ时，属于漫反射。λ>Δ时，属于镜面反射。（5）气体的辐射和吸收在整个容器中进行，气体对辐射能几乎没有反射能力（吸收一部分，穿透一部分）。610.2黑体辐射1.黑体吸收率α＝1的物体叫绝对黑体，简称黑体。反射率ρ＝1的物体叫镜体。（漫反射，绝对白体）穿透率τ＝1的物体叫绝对透明体，简称为“透明体”。黑体是理想态，自然界中没有天然黑体，人工可制造接近于黑体的模型。3.黑度（发射率）令黑体辐射力＝Eb，实际物体辐射力E＝Eb称物体的黑度（发射率）。0≤≤12.辐射力(E)（又叫

5、“辐射照度”）单位时间内，单位表面积向表面半球空间所有方向发射的全部波长的总辐射能。（量刚：W/m2）710.3辐射基本定律10.3.1.普朗克定律（Plangck,1900）C1＝3.74310-6C2＝1.438710-2某温度下：普郎克定律表明：黑体辐射能按照波长的分布规律。或者说黑体单色辐射力Ebλ随波长和温度而变化的函数。观察上图：每条曲线下的面积表示某个温度下黑体的辐射力。辐射力Eb随黑体温度的升高而增大。（10-8）黑体辐射能与波长、温度的关系依据式（10-8）绘制而成。8利用Wien位移定律，测得黑体表面最大的单色辐射力波长m时，就可以由之估算出表面温度。10.3.

6、2维恩(Wien)位移定律黑体辐射中,能量最大的波长m与绝对温度成反比。例：太阳辐射m＝0.5m，T＝2.910-3/0.510-6＝5800K(太阳表面温度)910.3.3斯特藩（Stefan）-玻尔兹曼（Boltzman）定律C0－黑体辐射系数应用：利用Stefan-Boltzman定律，只要知道黑体表面的温度，即可求出黑体在该温度下的辐射力。(10-8)带入（10-9）得到：积分上式得斯特藩－玻尔兹曼定律（10-11）：1010.3.4.基尔霍夫(Kirchhoff)定律实际物体1（非黑体）包在黑体大空腔内，二者处于热平衡。对于非黑体物1，黑体投来的辐射为Eb，非黑体吸收

7、率为，非黑体吸收了Eb，非黑体辐射出E1。两者达到平衡。由1的任意性，得：1基尔霍夫(Kirchhoff)定律的结论：体系处于热平衡时，任何物体的辐射力E和吸收率的比值，恒等于同温度下黑体的辐射力。与物性无关，而仅仅取决于温度。（10-13）（基尔霍夫定律表达式）11基尔霍夫(Kirchhoff)定律的推论：物体的发射力和吸收率成正比。吸收力越大则辐射力也越大。（反之亦然）相同温度下，黑体辐射力最强。又因所以吸收率＝黑度热