环境工程原理第四章4.ppt

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1、第五节热辐射任何物体，只要温度大于0K，都会以电磁波的形式向外发射能量，同时又不断地吸收其他物体发来的辐射能。当两者数量不同时，就产生了热量的传递，这种传热方式称为热辐射。热辐射这种传热方式不需要任何介质，所以不同于热传导和对流传热，包括传热规律也不同。第五节热辐射一、基本概念1.辐射：物体通过电磁波来传递能量的过程。2.热辐射：物体由于热的原因以电磁波的形式向外发射能量的过程。特点：类同于光辐射，只是波长不同，被吸收后又转换为热；能量传递的同时还伴随着能量形式的转换；波长集中在0.1~1000μm，能量集中

2、于波长为0.76~20μm。（红外）QρQτQαNQ能量守恒定律：式中——吸收率；——反射率；——穿透率。3.热辐射对物体的作用总能量Q；被物体吸收Qα；被反射Qρ；穿过物体Qτ黑体：白体（镜体）：透热体：α,ρ,τ=f(物体性质、温度、表面、辐射波长）灰体：指能以相同的吸收率吸收所有波长的辐射能的物体。固体、液体：τ=0α+ρ=1（表面起作用）气体：ρ=0α+τ=1极限情况，实际不存在，但可接近或近似二、物体的辐射能力与斯蒂芬-波尔兹曼定律（一）物体的辐射能力与斯蒂芬-波尔兹曼定律物体在一定温度下，单位表面

3、积，单位时间内所发射的全部辐射能（波长从0到），称为该物体在该温度下的辐射能力，E，W/m2。物体的单色辐射能力：物体在一定温度下，发射某种波长的能力；以E表示，单位W/m3。辐射能与单色辐射能的关系：黑体的辐射能力（最大），有斯蒂芬-波尔兹曼定律：σ=5.66910-8W/m2K4（4-51）（4-52）或：Cb=5.669W/m2K4（二）实际物体的辐射能力黑度：实际物体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能力之比。（4-53）<1物体的黑度：物体的种类、表面温度、表面状况、波长。是物体辐射能力接近黑

4、体辐射能力的程度。灰体：对各种波长辐射能具有相同的吸收率的物体式中C——灰体的辐射系数，C=5.669W/(m2K4)在工程计算中，近似地将实际物体视为灰体。（4-54、55）下面讨论物体表面的辐射能力与其吸收率的关系；吸收率与其黑度的关系三、克希霍夫定律T1>T2A1=A2对灰体损失热能：热交换达到平衡时T1=T2，Q=0任意物体：(1-α)Eb(4-56)E1EbαEbⅠ灰体Ⅱ黑体灰体T1黑体T2定温下，辐射能力大，吸收率也大物体的E与α之比为同温下黑体的辐射能力讨论物体表面的辐射能力与其吸收率的关系；

5、吸收率与其黑度的关系（1）任何物体的发射能力与吸收率的比值均相同，且等于同温度下绝对黑体的发射能力。物体的发射能力越强，其吸收率越大。（2）ε=E/Ebα=即同温度下，物体的吸收率与黑度在数值上相等。（３）α＜１，Ｅ＜Ｅb，即在任何温度下，各种物体中以绝对黑体的发射能力为最大。克希霍夫定律：四、两固体间的相互辐射式中A——平面的传热面积；C1-2——总辐射系数(W/m2K4)1-2——角系数(高温物体1发射辐射能被2拦截分率)。(4-55)两固体间的辐射传热与固体材料、温度及表面状况有关；还与表面大小、

6、形状、距离及相关位置等有关。角系数值与总辐射系数计算式（4-61）（4-62）（4-59）（4-60）影响辐射传热的因素：1）温度的影响ＱT4，低温时可忽略，高温时可能成为主要方式2）几何位置的影响3）表面黑度的影响Ｑ，可通过改变黑度的大小强化或减小辐射传热。4）辐射表面间介质的影响减小辐射散热，在两换热面加遮热板（黑度较小的热屏）。对流散热：辐射散热：令=1总热损失：式中T——对流-辐射联合传热系数，W/(m2.K)。五、辐射与对流的联合传热（热损失计算）（4-65）（4-63）（4-64）空气

7、自然对流，当tW<150C时平壁保温层外(2)空气沿粗糙壁面强制对流空气速度u<=5m/s时管道及圆筒壁保温层外空气速度u>5m/s时经验公式：第六节换热器4.24换热器的分类一、按用途分类：加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器二、按热量的传递方式分类：1、间壁式——按间壁形状分夹套、蛇管、套管、列管、板式、板翅式等2、直接接触式——两流体直接混合传热3、蓄热式——热流体将热传给蓄热填料，冷流体又从蓄热填料取得热量目的：（1）根据工艺要求，选择适当的换热器类型；（2）通过计算选择合适的换热器规格。二、间壁

8、式换热器的类型（一）夹套换热器适用：水蒸气加热或水冷却；可视情况更换成蛇管、列管等。（二）沉浸式蛇管换热器优点：结构简单；制造方便；耐高压；便于防腐缺点：总传热系数较小强化措施：可减少管外空间；容器内加搅拌器。（三）喷淋式传热效果好于沉浸式，且便于检修和清洗；但占地较大，水溅洒，喷淋不均匀。（四）套管换热器优点：高的传热系数；结构简单；耐高压；制造方便；应用灵便；传热面易于变化。缺点：金属耗量大；占