热工与流体力学 第14章.ppt

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1、第十四章辐射换热8/2/2021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，阐述了热辐射的两个基本定律，最后引入角系数的概念，并延伸到两固体壁面间的辐射换热计算。8/2/2021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—玻尔兹曼定律及基尔霍夫定律的实质。4.理解角系数的概念，能参照相关资料，由表或图线求出角系数。5.了解

2、固体壁面之间的辐射换热的计算方法，能对固体壁面之间简单的工程问题进行辐射换热的分析和计算。6.了解气体辐射的特点。8/2/2021本章难点1.黑体是一种理想的概念，对黑体的理解有一定难度，但它对辐射换热的研究起着重要作用。由黑体过渡到一般物体，是由易到难，由特殊到普通的研究方法。2.角系数的概念理解起来有一定难度，从物理概念入手，理解角系数的物理含义会比较容易些。3.两固体表面间的辐射换热计算较难，应结合例题与习题加强练习。8/2/2021第一节热辐射的基本概念和基本定律辐射、辐射能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

3、成辐射能，以电磁波的形式向外辐射的过程称为热辐射。一、热辐射的基本概念热辐射1.热辐射的本质和特点8/2/2021热射线电磁波谱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）。常用波长来描述电磁波一般可将热辐射看成红外线辐射。8/2/2021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

4、愈强。（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如太阳8/2/2021当热射线投射到物体表面上时，也发生吸收、反射和透射现象。2.吸收、反射和透射或即热射线是电磁波，也遵循可见光射线的规律吸收率反射率透射率总辐射能8/2/2021A1，即RD0，物体能吸收全部的辐射能。3.黑体、白体和透热体R1，即AD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8/2/2021透热

5、体D1，即AR0，投射到物体上的辐射能被全部透过。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A＜1，且吸收率不随波长而改变（A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8/2/20211.斯蒂芬—玻尔兹曼定律二、热辐射的基本定律黑体辐射力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:黑体表面的热力学温度，K。Cb:黑体辐射系数，其值为5.67W/(m2K4)。8/2/2021例14-1

6、试计算一黑体表面温度分别为25℃及500℃时辐射力的变化。8/2/2021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。8/2/2021表面粗糙的物体或氧化金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

7、度小到为零。8/2/20212.基尔霍夫定律当灰体2表面本身发射出的辐射能E2投射到黑体1表面上时，全部被黑体表面所吸收。而黑体1表面发射出的辐射能Eb1投射到灰体2表面上时，仅有部分能量A2Eb1被灰体吸收，剩余部分的能量（1A2）Eb1则被反射回黑体，并被黑体全部吸收。揭示了实际物体在热平衡状态下辐射力与吸收率之间的关系平壁1(黑体):表面辐射力Eb1、温度T1、吸收率A1（1）;平壁2(