热辐射原理及计算知识分享.ppt

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1、热辐射原理及计算(2)热辐射对物体的作用——A、R、D被吸收QA；被反射QR；穿透物体QD。③热射线的特点：在均质介质中→直线传播；在真空、多数气体中→完全透过；在工业上常见的多数固体or液体中→不能透过。与可见光一样，服从反射与折射定律。当热辐射的能量投射在某一物体上时，其总能量Q：理想物体，作为实际物体一种比较标准→简化辐射传热计算。①黑体、镜体、透过体、灰体黑体(绝对黑体)：A=1，R=D=0→辐射与吸收能力max，在热辐射的分析与计算中具有特殊重要性。镜体(绝对白体)：R=1，A=D=0；能全部反射辐射能，且入射角等于反射角(正常反射)。透过体(绝对透过体)：D=1，A=R=

2、0；能透过全部辐射能的物体。实际上：对无光泽的黑体表面，A=0.96～0.98——接近黑体；磨光的铜表面，R=0.97——近似镜体；单原子or对称双原子气体，D↑——视为透过体。物体的性质；表面状况；温度；投射辐射线的波长。物体的A、R、D→其大小取决于：灰体——能以相同吸收率吸收所有波长范围辐射能的物体；A与辐射线波长无关，即物体对投入辐射的吸收率与外界无关；不透过体，A+R=1→工业上常见固体材料(0.4～20μm)。特点：(3)辐射传热物体之间相互辐射与吸收辐射能的传热过程。物体在一定温度下，单位时间、单位表面积所发出全部波长的总能量。E（J/m2·s，即W/m2）2固体的辐射

3、能力表征固体发射辐射能的本领单色辐射能力：在一定温度下，物体发射某种波长的能力，记作：Eλ(W/m3)定义：Plancklaw——黑体的单色辐射能力Ebλ随波长λ、温度T的变化规律①对应于每一温度T→均为一条能量分布曲线；式中：Ebλ——黑体的单色辐射能力，W/m2；T——黑体的绝对温度，K；C1——常数，其值为3.743×10-16，W·m2；C2——常数，其值为1.4387×10-2，m·K。EbλλT3T2T1从图中可见：紫外灾难②T↑，Ebλ，max移向波长较短的方向③等温线下的面积→黑体的辐射能力Eb另外：由于地表温度和太阳表面温度的差异，使得二者辐射波长不同，又由于大气层

4、中的CO2吸收地球辐射波，导致温室效应。(2)Stefan-Boltzmannlaw(四次方定律)黑体的辐射系数由四次方定律：Eb对T敏感，T↑，热辐射起主导作用。——黑体辐射能力Eb与T间的关系(3)灰体的辐射能力E—εε：是物体本身的特性物体的性质；温度；表面状况(表面粗糙度、氧化程度)。ε由实验测定将Stefan-Boltamannlaw用于灰体：物体的黑度ε为同温度下灰体与黑体的辐射能力之比，即ε=E/EbC：灰体辐射系数；定义：——灰体辐射能力与吸收能力间(E～A)的关系任何灰体的辐射能力与吸收率之比恒等于同一温度下绝对黑体的辐射能力。数学表达式：(4)Kirchhoffl

5、aw即：或：同一灰体吸收率与其黑度在数值上必相等。ε↑→A↑→E↑两无限大的平行平壁——两壁面间距离<<壁面尺寸；其中一壁面1——灰体T1、E1、A1<1；另一壁面2——黑体T2、Eb、Ab=1；T1>T2，两壁面间为透热体(D=1)，系统对外绝热。对壁面1，辐射传热的结果即两壁面辐射传热的热通量q为：EbE1A1Eb当两壁面达到热平衡时，T1=T2→q=0→E1=A1Eb→E1/A1=Eb推广到任意灰体，有：A<1，E

6、体—黑体间辐射传热对比)①因灰体A<1→在灰体间的辐射传热中，辐射能多次被吸收、被反射→A、R；②由于物体的形状及大小、相互间的位置与距离等因素影响→引入角系数φ。（φ：一物体表面辐射的总能量落到另一物体表面的分率）121212E1R2E1R1R22E1R1R2E1R12R22E112E2R1E2R1R2E2R12R2E2R12R22E2(2)两无限大灰体平行平壁间辐射传热计算q1-2两大平壁→从一壁面发出的辐射能可全部投射到别一壁面上，φ=1；两壁面间的介质为透过体→D=1(气体)；两平壁均为不透过体→A+R=1。对壁面1，有效辐射Eef1(辐射及多次反射结果)为：式中：无穷级数1

7、2E1R2E1R1R22E1R1R2E1R12R22E112E2R1E2R1R2E2R12R2E2R12R22E2推导假设：同理，壁面2的有效辐射Eef2为：联立：引入总辐射系数C1-2(物体1对2)：取决于壁面的性质、两壁面的几何尺寸；两大平行平壁：(3)两平板面积均为A时的辐射传热速率Q1-2(4)任意两灰体间的辐射传热速率Q1-2(引入角系数φ1-2)(5)角系数(几何因数)φ两物体的几何排列；辐射面积基准A1orA2有关。简单几何形状→推算；复杂形