辐射换热的计算

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1、授课题目第八章辐射换热的计算授课类型理论课首次授课时间2012年8月27日学时2教学目标了解传热学的研究对象及其在本专业中的作用；掌握热量传递三种基本方式的概念、特点及相关计算，会针对传热过程的各个环节进行讨论。重点与难点热量传递的三种基本方式，难点是对热阻的理解教学手段与方法讲授法教学过程：（包括授课思路、过程设计、讲解要点及各部分具体内容、时间分配等）辐射换热计算8-1热辐射的基本概念辐射是热量传递的三种基本方式之一。教科书的安排方法是分别介绍导热、对流和辐射，然后再将它们综合在一起。在工农业生产和日常生活中有大量的辐射问题。锅炉炉膛主要是辐

2、射传热。除了烟气温度较低的空气预热器以外，其余各受热面的传热计算都要考虑辐射换热。如锅炉运行时的汽温特性、暖气、太阳能等。一、热辐射及其本质辐射：以电磁波传递能量的过程。热辐射：由于热的原因而发生的辐射辐射是电磁波，它就有一般电磁波的共性，即它是以光速在空间传播的。有下列关系成立：式中：C—速度f—频率λ—波长二、电磁波谱电磁波波长从几万分之一米到数千米微波炉原理热辐射的特点1、不依靠物质接触而进行热量传递，即不需要介质的存在而传递能量，在真空中也能传递。2、辐射换热过程伴随能量形式的转化：物体热力学能-电磁波能-物理热力学能3、一切物体，只要温

3、度大于0K，都会不停的发射热射线，高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物体辐射给高温物体的能量。总之，热量由高温传向低温。三、热辐射的吸收、穿透和反射光辐射大家是熟悉的。当一束光投在一物体上后，一部分被吸收，一部分被反射，还有一部分穿过物体。热辐射也有同样的性质。投射辐射为Q,如图，其中：由热力学第一定律：或则：固体、液体：当辐射能进入其表面后，在极短的距离内就被吸收完了。金属导体，这个距离只有1微米的量级。大多数非导电材料，这个距离小于1毫米。而实用工程材料都大于这个数值，故可以认为固体和液体的τ=0，于是：反射现象也同光一样，有镜面反射和漫反

4、射之分，镜面反射：入射角=反射角，表面粗糙度<波长漫反射：表面粗糙度>波长气体：当辐射投在气体上，它几乎没有反射能力，故可以认为ρ=0，于是固体，液体对辐射的吸收和反射都是在表面上进行的，而不涉及其内部，故表面的状况对辐射的影响是至关重要的。气体的辐射和吸收都是在内部进行的，表面形状则无关紧要。四、理想辐射模型黑体理想的反射体，镜体，白体透明体黑体不是黑色物体黑体，镜体和透明体并不存在。人工可以制造十分接近黑体(内表面6%的小孔，α≈0.996)的模型。黑体如同不可压流体、可逆循环等一样，是一种理想化的研究方法。8-2黑体辐射基本定律一、基本概念

5、1.辐射力：单位时间内物体的单位表面积向上半球空间所有方向发射出去的全部波长的辐射能量(W/m2)。半球空间：dA辐射是向着它的上方各个方向的。如在上方做个半球，则dA发出的辐射能全部要通过这个半球空间，所以我们称dA以上的空间为半球空间。2.光谱辐射力单位面积辐射体在单位时间内向半球空间发射的波长为λ(+dλ区间)的能量。如图：为曲线下总面积二：黑体辐射的基本定律黑体辐射的理论是建立在如下几个基本定律基础上的，即：普朗克定律(1900)维恩位移定律；(1893热力学理论得出）斯忒藩-波尔兹曼定律（1879实验，1884热力学理论）基尔霍夫定律1

6、.普朗克定律黑体的辐射实验前人的工作紫外灾变Plank’sLaw：式中Ebλ--光谱辐射力,W/m3；λ--波长,m；T--黑体热力学温度,K；e--自然对数的底；c1---第一辐射常量,3.742×10-16W·m2；c2---第二辐射常量,1.438×10-2m·K。Planck认为黑体以hv为能量单位，不断发射和吸收频率为v的辐射，hv称为能量子2.维恩位移定律由Planck定律知Eλ=f(λ,T)如图，Eλ有最大值；随着T增大lmax向左移动1893热力学理论得出，由Plank’sLaw对l求导，并令光谱辐射力曲线下的面积是该温度下黑体的

7、辐射力例题8-1试分别计算温度为2000K和5800K的黑体的最大单色辐射力所对应的波长。解：应用Wien位移定律T=2000K时lmax=2.9´10-3/2000=1.45mmT=5800K时lmax=2.9´10-3/5800=0.50mm常见物体最大辐射力对应的波长在红外线区太阳辐射最大辐射力对应的波长在可见光区如不是黑体，则不完全遵守这个定律，但其变化方向是相同的，例如金属（钢锭）：当T<500ºC时，没有可见光，颜色不变；T增大，其颜色分别为暗红、鲜红、桔黄和白色。（P365）3.斯忒藩-玻耳兹曼定律1879年Stefan实验，188

8、4年Boltzman热力学理论将Plank’sLaw积分即得：式中：s为黑体辐射常数，其值为5.67´10-8W/(m2·K4)。为计算