第10章----辐射换热.ppt

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1、第10章辐射换热学习导引热辐射的传热现象与导热、热对流相比有着本质的区别。物体之间以热辐射的形式实现热量交换的现象称为辐射换热。本章主要介绍热辐射的本质、特点及其有关的基本概念，阐述了热辐射的基本定律。学习要求本章重点是理解热辐射的基本概念和基本定律，通过学习应达到以下要求：1.掌握热辐射和辐射换热的本质与特点。2.理解有关热辐射的吸收、反射、透射、黑体、白体、透热体及灰体等基本概念。3.理解斯蒂芬—玻尔兹曼定律的实质。4.了解气体辐射的特点。主要内容§10.1热辐射的基本概念§10.2热辐射的基本定律§10.3固体壁面之间的辐射换热§10.4气体辐射和太阳辐射简介§10.1热辐射的基本概念一

2、、热辐射的概念二、热辐射的特点三、辐射换热四、热辐射的性质一、热辐射的概念物体以电磁波的形式传递能量的过程称为辐射，被传递的能量称为辐射能。因热的原因激发物质内部微观粒子振动，将热能转变成辐射能，以电磁波的形式向外辐射的过程称为热辐射。电磁波谱热射线——热辐射产生的电磁波，包括全部可见光(为0.38～0.76m）、部分紫外线（＜0.38m）和部分红外线（＞0.76m）。一般可将热辐射看成红外线辐射。常用波长来描述电磁波二、热辐射的特点（1）热辐射不需要冷、热物体直接接触，也不需要中间介质来传递热量，可以在真空中进行热量传播。（2）热辐射过程不仅有能量的传递，而且还伴随有能量形式的转

3、换。物体辐射热能辐射能物体吸热（3）任何物体的温度只要高于0K，都可以不停地向外发射电磁波。温度愈高,热辐射的能力愈强。具有强烈的方向性；辐射能与温度和波长均有关。（4）辐射换热是物体之间相互辐射和吸收的总效果。高温物体低温物体热辐射是热量传递的基本方式之一三、辐射换热1、辐射换热：物体间靠热辐射进行的热量传递，它与单纯的热辐射不同，就像对流和对流换热一样。2、辐射换热的特点A、不需要冷热物体的直接接触；即：不需要介质的存在，在真空中就可以传递能量。B、在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换。C、无论温度高低，物体都在不停地相互发射电磁波能、相互辐射能量；高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物体

4、辐射给高温物体的能量；总的结果是热由高温传到低温。1、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。四、热辐射的性质α1，即ρτ0，物体能吸收全部的辐射能。2、黑体、白体和透热体ρ1，即ατ0，投射到物体上的辐射能被全部反射。材料的性质及其表面粗糙度对吸收率有重大影响。一般来讲，物体的表面越粗糙，吸收率就越大。黑体：能吸收投入到其表面上的所有热辐射的物体，包括所有方向和所有波长，因此，相同温度下，黑体的吸收能力最强。白体(镜体)如磨光的金属表面凡属黑体的一切量均加下角标b均为假定的理想物体如电影院内壁透热体τ1，即αρ0，投射到物体上的辐射能被全部透过。

5、如绝对干燥空气一般来讲，固体和液体都是不透热体。气体反射率为0。4.灰体α＜1，且吸收率不随波长而改变（α为常数）的物体。绝大多数的工程材料在热辐射范围内均可近似为灰体处理。工程中为简化辐射换热计算而引入对于大多数的固体和液体：对于不含颗粒的气体：对于黑体：镜体或白体：透明体：一、斯蒂芬—玻尔兹曼定律§11.2热辐射的基本定律辐射力：单位时间内单位表面积向半球空间所有方向发射的全波长辐射能的总和。单位为W/㎡黑体辐射力Eb与黑体热力学温度的四次方成正比，又称为四次方定律，即或揭示了黑体的辐射能力与其温度之间的关系b:黑体辐射常数，其值为5.6710-8W/(m2K4)；T:黑体表面的热力

6、学温度，K。Cb:黑体辐射系数，其值为5.67W/(m2K4)。一、斯蒂芬—玻尔兹曼定律单色辐射力——物体在某一温度下，单位时间内单位表面积向半球空间所有方向发射的某一波长的辐射能称为单色辐射力。（光谱辐射力）Eλ。E、Eλ关系:显然，E和Eλ之间具有如下关系：例14-1试计算一黑体表面温度分别为25℃及500℃时辐射力的变化。二、黑度实际物体的辐射力与同温度下黑体的辐射力之比称为实际物体的黑度（也称为物体的发射率），用表示。即工程上最重要的是确定实际物体（灰体）的辐射力黑度的物理意义：恒小于1。物体的黑度是物体本身的一种性质。它表明物体的辐射能力接近于黑体的程度。表面粗糙的物体或氧化金

7、属表面具有较大的黑度。常用工程材料的黑度由实验确定，可在附录和有关手册中查出。根据黑度得到实际物体辐射力的计算公式绝大部分非金属材料的黑度在0.85～0.95之间，且与表面状况的关系不大。可近似取作0.9。磨光的金属表面黑度较小。白体和透热体其黑度小到为零。§10.3固体壁面之间的辐射换热一、角系数物体间的辐射换热量除与物体的表面温度和黑度有关外，还与物体换热表面的几何形状、大小及相对位置有关。（