《传热学辐射换热》PPT课件

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1、1第三章传热学基础——辐射换热西安建筑科技大学粉体工程研究所李辉2内容辐射换热基本概念黑体辐射换热的基本定律实际物体与灰体的辐射角系数两个灰体间的换热31辐射换热基本概念1.1热辐射特点(1)定义：由自身温度和热运动的原因产生的，以电磁波形式传递的能量；(2)特点：a任何物体，只要温度高于0K，就会不停地向周围空间发出热辐射；b可以在真空中传播；c伴随能量形式的转变；d具有强烈的方向性；e辐射能与温度和波长均有关；f发射辐射取决于温度的4次方。41辐射换热基本概念1.2电磁波谱电磁辐射包含了多种形式，而我们所感兴趣的，即工业上

2、有实际意义的热辐射区域一般为0.1～100m（波长）。电磁波的传播速度：c=式中：c—光速；—频率;—波长，m电磁辐射波谱51辐射换热基本概念1.3物体对热辐射的吸收、反射和穿透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，如图所示物体对热辐射的吸收反射和穿透吸收率反射率透过率61辐射换热基本概念对于大多数的固体和液体：对于不含颗粒的气体：对于黑体：白体：透热体：反射又分镜反射和漫反射两种镜反射漫反射7球面面积除以球半径的平方称为立体角，单位：sr(球面度).立体角定义图1.4立体角1辐射换热

3、基本概念8微元立体角可见辐射面积91辐射换热基本概念1.5辐射强度在单位时间内，在某给定辐射方向上，在与物体的发射方向垂直方向上的每单位投影面积，在单位立体角内所发射的全波长的能量称为该方向上的辐射强度，又称定向辐射强度，用I表示，单位是W/m2sr。物体向方向所辐射的全波段能量方向的立体角方向的可见辐射面积101辐射换热基本概念单位时间内，辐射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。用E表示(W/m2)；单色辐射力：单位时间内，辐射物体的单位表面积向半球空间发射的单位波长范围内(包含某一给定波长)的能量

4、。(W/m3)；E、E关系:显然，E和E之间具有如下关系：黑体一般采用下标b表示，如黑体的辐射力为Eb，黑体的单色辐射力为Ebλ1.6辐射力E111辐射换热基本概念单位时间内辐射物体每单位面积向空间指定方向周围单位立体角内所辐射的全波段的能量，单位是W/m2sr，用E表示。定向辐射力121辐射换热基本概念本身辐射和反射辐射之和称为物体的有效辐射1.7有效辐射132黑体辐射定律黑体：是指能吸收投入到其面上的所有热辐射能的物体，是一种科学假想的物体，现实生活中是不存在的。但却可以人工制造出近似的人工黑体。基本性质：a.吸

5、收率为1；不反射，不透过b.漫反射表面，其定向辐射力与方向无关c.在给定温度下，黑体的辐射能力最大1.黑体概念与基本性质14式中，λ—波长，m；T—黑体温度，K；c1—第一辐射常数，3.742×10-16Wm2；c2—第二辐射常数，1.4388×10-2WK；2.1普朗克(Planck）定律(揭示了各种不同温度下黑体的单色辐射力按波长分布的规律)：右图是根据上式描绘的黑体单色辐射力随波长和温度的关系。m与T的关系由Wien偏移定律给出达到最大单色辐射力时的波长2黑体辐射定律152黑体辐射定律2.2斯蒂芬—波尔茨曼（Ste

6、fan-Boltzmann）定律：式中，=5.67×10-8w/(m2K4)，是Stefan-Boltzmann常数。T是黑体的绝对温度，K黑体在波长1和2区段内所发射的辐射力：162.3兰贝特（Lambert）定律(黑体辐射的第三个基本定律)它说明黑体的定向辐射力随方向角按余弦规律变化，法线方向的辐射力最大，因此，Lambert定律也称为余弦定律。黑体表面具有漫射表面的性质，在半球空间各个方向上的定向辐射强度都相等2黑体辐射定律17Lambert定律图示沿半球方向积分上式，可获得半球辐射力E:对于黑体来说，其法线方

7、向上的辐射力为总辐射力的1/倍，即等于定向辐射强度181辐射率前面定义了黑体的辐射特性：同温度下，黑体辐射热的能力最强，包括所有方向和所有波长；真实物体表面的辐射能力低于同温度下的黑体；因此，定义了辐射率(也称为黑度)：相同温度下，实际物体的半球总辐射力与黑体半球总辐射力之比:3实际物体与灰体的辐射特性19上面公式只是针对方向和光谱波长平均的情况，但实际上，真实表面的辐射能力是随方向和波长变化的。波长方向3.1辐射率20因此，我们需要定义单色定向辐射率，对于某一指定的方向和波长对上面公式在所有波长范围内积分，可得到定向

8、辐射率，即实际物体的定向辐射力与黑体的定向辐射力之比：实际物体的辐射力为21几种非导电体材料在不同方向上的定向辐射率()(t=0~93.3℃)3.2实际物体的定向辐射率22黑体、灰体、白体等都是理想物体，而实际物体的辐射特性并不完全与这些理想物体相同，比如，(1)实际物体