辐射传热资料电子教案.ppt

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1、辐射传热资料热射线能被物体吸收转变成热能的电磁波波长范围为0.4～20μm，而其中可见光线的波长范围约为0.4～0.8μm，红外光线的波长范围为0.8～20μm。可见光线和红外光线统称热射线。红外光线的热射线对热辐射起决定作用。3黑体、镜体、透过体和灰体如图4-1所示，假设投射在某一物体上的总辐射能量为Q，则其中有一部分能量QA被吸收，一部分能量QR被反射，余下的能量QD透过物体。物体上的总辐射能应为吸收、反射与透过能量之和，即：图4-1辐射能的吸收、反射和透过QQRQAQD黑体能全部吸收辐射能，即吸收率A=1的物体，称为黑体或绝

2、对黑体。镜体能全部反射辐射能，即反射率R=1的物体，称为镜体或绝对白体。透热体能透过全部辐射能，即透过率D=1的物体，称为透热体。一般单原子气体和对称的双原子气体均可视为透热体。（温室气体？）一般来说，固体和液体都是不透热体，即D＝0，故A＋R=1；气体反射率R=0，A+D=1。灰体以相同的吸收率部分地吸收由零到所有波长范围的辐射能的物体定义为灰体。灰体也是理想物体。灰体的特点：（1）灰体的吸收率A不随辐射线的波长而变。（2）灰体是不透热体，即A＋R＝1。大多数的工程材料都可视为灰体，可简化辐射传热的计算。二、物体的辐射能力和有关

3、的定律辐射能力：物体在一定的温度下，单位表面积、单位时间内所发射的全部波长的总能量，用E表示，其单位为W/m2。在相同的条件下，物体发射特定波长的能力，称为单色辐射能力，用EΛ表示。若在Λ至（Λ＋ΔΛ）的波长范围内的辐射能力为ΔE，则辐射能按波长分布的定律——普朗克定律根据量子理论推导出黑体的单色辐射能力EbΛ随波长和温度变化的函数关系称为普郎克定律，揭示黑体的辐射能力按照波长的分配规律。讨论：1.在一定T下，EbΛ变化关系有极值存在,令则这称“维恩”定律，说明辐射强度的最高值随T增高而向Λ降低方向移动。2.在一般技术范围内(T＜

4、1400K)．辐射能主要分布在0.8~10μm的红外光波段内，分布在可见光波段0.4~0.8μm的能量很小。在很高的T下，能量主要分布在短波区。3.普朗克定律是黑体辐射定律，实际物体的单色辐射力与Λ及T的关系只能用实验测定。黑体辐射能力按波长的分布规律曲线如图4-35所示。2四次方定律——斯蒂芬·波尔茨曼定律黑体在某一温度下的辐射能力，即每一等温线下到横轴间的面积，即积分得不同的物体辐射系数C值不相同，其值与物体的性质、表面状况和温度等有关。C值恒小于C0，在0～5.67范围内变化。上式即为斯蒂芬-波尔茨曼定律，通常称为四次方定律

5、。斯蒂芬-波尔茨曼定律揭示黑体的辐射能力与其表面温度的关系，表明黑体的辐射能力仅与热力学温度的四次方成正比。四次方定律也可推广到灰体，可表示为物体的黑度通常将灰体的辐射能力与同温度下黑体辐射能力之比定义为物体的黑度（又称发射率）用ε表示，即由物体的黑度可求得该物体的辐射能力。3克希霍夫定律克希霍夫定律揭示了物体的辐射能力E与吸收率A之间的关系。二块相距很近的平行平板的辐射传热，如图4-36所示。对板1来说，辐射传热的结果为灰体黑体T1T2T1>T2当两板达到热平衡，即T1=T2时，q=0上式为克希霍夫定律的数学表达式。该式表明任何

6、物体的辐射能力和吸收率的比值恒等于同温度下黑体的辐射能力，也仅与物体的绝对温度有关。因板1可以用任何板来代替，上式可写为在同一温度下，物体的吸收率和黑度在数值上是相同的。但是两者的物理意义则完全不同。前者为吸收率，表示由其它物体发射来的辐射能可被该物体吸收的分数；后者为发射率，表示物体的辐射能力占黑体辐射能力的分数。得三、两固体间的辐射传热两个面积很大（相对于两者距离而言）且相互平行的灰体平板间相互辐射如图4-37所示。两平行平板间单位时间内、单位表面积上净的辐射传热量为两板间辐射的总能量之差，即代入得以若平行的平板面积均为S时，

7、则辐射传热速率为实际应用中需引入几何因素（角系数）修正辐射传热速率：注意：1.辐射公式可用于任何形状的表面之间的相互辐射，但对一物体被另一物体包围下的辐射，则要求被包围物体的表面应为平表面或凸表面，如图4-38中所示。2.角系数表示从辐射面积S所发射出的能量为另一物体表面所获截的分数，必须和选定的辐射面积S相对应。已知铸铁的黑度为0.78，铝的黑度为0.11【例】车间内有一高和宽各为3m的铸铁炉门（黑度为0.78），其表面温度为227℃，室内温度为27℃。（为了减少热损失，在炉门前50mm处放置一块尺寸和炉门相同而黑度为0.11的

8、铝板作为热屏，试求放置铝板前、后因辐射而损失的热量。解：（1）放置铝板前的热辐射损失本题属于很大物体2包住物体1的情况，因此，S=3×3=9m2，Φ=1C1-2=C0ε1=5.67×0.78=4.423W/（m2.K4）因此，Q1-2=4.423×