传输原理教案传热市公开课获奖课件

1、 本章概括： 1. 热辐射是物体因本身温度，以电磁波形式向外界发射能量现象，是热量传递三种基本方式之一。 2. 研究热辐射意义：在当代科学技术许多传热过程中，辐射换热起着主要，甚至是主导作用，需要进行准确辐射换热计算。 3. 本章主要内容：（1）辐射概念；基本定律；（2）黑体；实际物体辐射换热计算办法； （3）气体辐射特点。 第二篇 ：热量传播第十章 辐射换热 p2181第1页第1页10.1 热辐射基本概念1. 热辐射本质（1）辐射物体中分子（原子）受激发而以电磁波形式释放能量现象，称为辐射。电磁波携带能量称为辐射能。（2）任何物体都随时向周围空间发射电磁波，因热原因，以电磁波方式释放能量，即

2、热辐射。（3）只要物体温度高于绝对零度，就会产生热辐射。以热辐射方式进行物体间热量传递，称为辐射换热。（4）辐射换热中伴随能量转换：物质受热激发起原子复杂运动，进而向外以电磁波形式发射并传播能量。接受这种电磁波物体又将吸取辐射能转变成热能。2第2页第2页2. 辐射换热与导热、对流换热有本质区别： （1）热辐射所发射辐射能取决于物体温度，温度越高，辐射越强。（2）热辐射不依赖于物质媒介作用，是一个非接触传热方式，因此热辐射是真空中唯一传递热量方式。3第3页第3页3. 电磁波谱 （波长）K下列，热辐射波长普通位于0.38100 m，其中大部分位于0.7620 m热射线：能被物体吸取而转变成热能辐射

3、线称作热射线。热射线包括紫外线，可见光和红外线三个波段。可见光: 0.4 0.78 m紫外线: 10-2 0.4 m红外线: 0.8 50 m4第4页第4页3 吸取率，反射率，穿透率 设辐射到物体表面总能量 Q，其中：物体吸取Q, 反射Q, 穿透Q， 则有：Q= Q+Q+Q 即：令 则 + + = 1(吸取率)(反射率)(穿透率)5第5页第5页注意几点：（1）固体、液体在其表面下1m1mm之间能够将辐射能吸取完毕，并且转化为热能。（2）实际厚度普通 远不小于此，能够认为固液体不能透过热辐射，热辐射所有被吸取或者反射，穿透率=0，即 + = 1（3）对固体和液体辐射、吸取、反射特性影响原因：物体

4、表面材料性质、表面状态、覆盖层厚度、温度等。 （4）辐射能反射情况决定于热辐射波长与表面不平整尺寸相对大小。 时，属于镜面反射。（5）气体辐射和吸取在整个容器中进行，气体对辐射能几乎没有反射能力（吸取一部分，穿透一部分）。6第6页第6页10.2 黑体辐射1. 黑体吸取率1 物体叫 绝对黑体，简称黑体。反射率1 物体叫 镜体。（漫反射，绝对白体）穿透率1 物体叫 绝对透明体，简称为 “透明体”。黑体是抱负态，自然界中没有天然黑体，人工可制造靠近于黑体模型。3. 黑度（发射率） 令黑体辐射力Eb， 实际物体辐射力E Eb 称物体黑度（发射率）。0 12. 辐射力 (E) （又叫 “辐射照度”）单位

5、时间内，单位表面积向表面半球空间所有方向发射所有波长总辐射能。（量刚：W/m2）7第7页第7页10.3 辐射基本定律10.3.1. 普朗克定律 （Plangck, 1900）C1 3.74310-6C2 1.438710-2 某温度下：普郎克定律表明：黑体辐射能按照波长分布规律。或者说黑体单色辐射力Eb随波长和温度而改变函数。观测上图：每条曲线下面积表示某个温度下黑体辐射力。辐射力 Eb 随黑体温度升高而增大。（10-8）黑体辐射能与波长、温度关系依据式（10-8）绘制而成。8第8页第8页利用Wien位移定律，测得黑体表面最大单色辐射力波长m时，就能够由之估算出表面温度。10.3.2 维恩(W

6、ien)位移定律黑体辐射中, 能量最大波长m与绝对温度成反比。例： 太阳辐射m0.5m， T2.910-3 / 0.510-65800K (太阳表面温度)9第9页第9页10. 3. 3 斯特藩（Stefan）-玻尔兹曼（Boltzman）定律C0黑体辐射系数应用： 利用 Stefan-Boltzman定律，只要知道黑体表面温度，即可求出黑体在该温度下辐射力。(10-8) 带入（10-9）得到：积分上式得 斯特藩玻尔兹曼定律（10-11）：10第10页第10页10.3.4. 基尔霍夫 (Kirchhoff) 定律实际物体1（非黑体） 包在黑体大空腔内，两者处于热平衡。对于非黑体物1，黑体投来辐射

7、为Eb，非黑体吸取率为，非黑体吸取了Eb，非黑体辐射出E1。两者达到平衡。由1任意性，得：1基尔霍夫 (Kirchhoff) 定律结论： 体系处于热平衡时，任何物体辐射力E 和 吸取率 比值，恒等于同温度下黑体辐射力。与物性无关，而仅仅取决于温度。（10-13）（基尔霍夫定律表示式）11第11页第11页基尔霍夫 (Kirchhoff) 定律推论： 物体发射力和吸取率成正比。吸取力越大则辐射力也越大。（反之亦然） 相同温度下，黑体辐射力最强。又因因此吸取率 黑度 热平衡时，物体对黑体辐射吸取率等于同温度下该物体黑度。（10-13 基尔霍夫定律）12第12页第12页10.3.5. 兰贝特(Lamb

8、ert)定律-黑体辐射能在空间分布(1) 定向辐射强度 Ip （辐射强度）在单位时间、单位可见面积、单位立体角内，辐射能量叫做定向辐射强度。Qp 为任意p方向(与法线夹角)上辐射热流率。是立体角（球面上表面积与球半径平方之比）。13第13页第13页（1）能够证实，IpIm =In=I （黑体定向辐射强度）（10-16）即：黑体定向辐射强度在半球各个方向上相等。（10-15）（10-17 余弦定律）黑体面积发生辐射能落到空间不同方向单位立体角中能量值与方向与表面法线这间夹角余弦成正比。（余弦定律）（2）14第14页第14页证实：辐射物体遵守兰贝特定律时，辐射力是任何方向上定向辐射强度倍。底面上微

9、元辐射面dF， 在球面上任意辐射方向p，取面积微元dFs，则与发射方向p垂直辐射面面积为dFcos。立体角d。单位时间dF在p方向辐射能为dQp。因此：图示：半球半径为r0, 此半球覆盖在辐射微元面dF所在平面上。15第15页第15页单位时间，dF对半球表面所有方向总辐射能为：另一方面，QEdF因此，E =I。得出（3）E =I ，符合兰贝特定律黑体表面，辐射力 是任意方向上定向辐射强 度 倍。16第16页第16页10.4 实际物体辐射与吸取10.4.1. 实际物体辐射特性(1). 实际物体辐射与绝对黑体不同。(2). 黑体单色辐射力Eb随波长连续光滑地改变。而实际物体单色辐射力E随波长和温度

10、发生不规则改变。 实际E T2面1失去能量：面2得到能量：12换热：(1)(2)(3)36第36页第36页由于换热仅发生在 1, 2之间，因此Q(1,2净) Q(1) Q(2)由(1), (2), (3), (4)，得 (4)Eb1J1J2Eb2表面热阻表面热阻空间热阻Q37第37页第37页两平行无限大灰体平板 P.231： （不考虑端部逸出能量，一个表面辐射能量完全落入另一表面） 可视为 F1=F2F，且1,22,11令s 1，系统黑度（发射率）则38第38页第38页若板间有遮热板3：串联。稳定期有Eb1 J1 J3 Eb3 J3 J2 Eb2Q39第39页第39页多表面间灰体辐射网络解法：P.236如图，三灰体表面构成封闭系统Eb1 J1 J2 Eb2J3Eb3节点方程式：P.236， (10-41)(10-43)看 P.236 例题40第40页第40页拉线法拟定两表面间角系数（垂直图面方向长度无限延伸）作辅助线ac, bd, cb, ad面积比用长度比代替同理41第41页第41页10.8 气体辐射 p2381. 气体辐射与吸取特性与分子结构相关;对波长有选择性;反射率为零;在整个容积中进行 。气体辐射与吸取与气体形状和容积相关。42第42页第42页气体吸取定律贝尔定律：积分x0 处入射单色辐射强度入射辐射通过厚度为 x