传热与传质第五章课件

第五章辐射换热

5-1热辐射的基本概念

热辐射的本质和特点Ⅰ.本质由于热的原因而产生的电磁波辐射，即物体转化本身的热能向外发射辐射能，其波长位于0.38～100μm范围，且大部分位于红外线波段。热辐射是物体的一种属性，当T>0K时就能进行辐射。能够辐射的物体也能吸收辐射能。由于热辐射的方式使热量从高温物体传向低温物体的过程称为辐射换热。

5-1热辐射的基本概念

Ⅱ.特点

吸收率

反射率穿透率

对于固体、液体：

对于气体：

理想模型：黑体镜体

白体

透明体

（5-1）

5-1热辐射的基本概念黑体的辐射Ⅰ.黑体的模型黑体能够全部吸收各种波长的辐射能，=1

Ⅱ.黑体的辐射

辐射力E：物体在单位时间内单位表面积向表面上半球空间所有方向发射的全部波长的总辐射能量,W/m2（5-2）

（1）吸收能力最大的黑体一定具有最大的辐射能力

（2）黑体吸收和辐射的能力是温度的函数

5-2热辐射的基本定律

斯蒂芬－波尔兹曼定律揭示黑体辐射力与绝对温度关系的定律将（5-3）式代入（5-2）式，在=0～∞范围内进行积分:

（5-5）

黑体辐射常数兰贝特定律

Ⅰ.定向辐射强度I：单位时间内物体单位可见面积向方向在单位立体角内所辐射的能量

Ⅱ.定向辐射力E

：单位时间内物体单位面积向方向在单位立体角内所发射的全部波长的能量

5-2热辐射的基本定律

兰贝特定律Ⅲ.兰贝特定律表达式

（5-6）

（5-7）

基尔霍夫定律揭示物体辐射力与吸收率之间的关系任何物体的辐射力与它对来自同温度黑体辐射的吸收率的比值，与物性无关而仅取决于温度，恒等于同温度下黑体的辐射力。

（1）在相同温度下，黑体的辐射力最大。（2）善于辐射的物体必善于吸收。黑体表面的定向辐射强度与方向无关，仅随温度而变第五章辐射换热

5-3固体和液体及灰体的辐射

固体和液体的辐射Ⅰ.黑度(发射率)物体的辐射力与同温度下黑体的辐射力之比

（5-8）

（5-9）

（5-10）

表征实际物体的辐射能力接近同温度黑体的辐射能力的程度，与物体的种类、表面状况和温度有关，即仅决定于物体本身的条件。

Ⅱ.单色黑度

5-3固体和液体及灰体的辐射

灰体的辐射灰体的辐射光谱与黑体辐射光谱曲线类似（1）与均与波长无关，即：

（2）由基尔霍夫定律可推出：

在高温下（T≤2000K），多数工程材料的热辐射主要处于红外线范围，在该范围内随的变化不大，因而可视为灰体。

5-4黑体间的辐射换热及角系数

黑体间的辐射换热（5-12）

（5-13）

---辐射势差

---空间辐射热阻，仅与几何因素有关

（5-14）

角系数的性质及确定

Ⅰ.性质（1）相对性（互换性):揭示角系数间的相互联系和制约关系第五章辐射换热

5-5灰体间的辐射换热

有效辐射

（5-17）

对于黑体：

Ⅰ.投入辐射G：单位时间内投射到表面单位面积上的总辐射能。Ⅱ.本身辐射E：单位时间内表面单位面积向外界发射的总辐射能。Ⅲ.有效辐射J：单位时间内离开表面单位面积的总辐射能。

5-5灰体间的辐射换热

灰体间的辐射换热（封闭体系）Ⅰ.两个灰体间的辐射换热同理：

（5-20）

---表面辐射热阻

由于换热只发生于A1和A2之间，则1=2=12

5-5灰体间的辐射换热

灰体间的辐射换热（封闭体系）特殊情况的辐射换热：（1）空腔内物体与空腔内壁的辐射换热

（5-21）

（5-22）

（5-23）

（2）表面积A1和A2相差甚小（3）表面积A2比

A1大得多

5-5灰体间的辐射换热

灰体间的辐射换热（封闭体系）Ⅱ.多个灰体间的辐射换热（网络解法）（1）应用电路分析原理求解：串、并联分析（2）电学基尔霍夫定律来求解，即沿各个方向流入节点的电流（热流）的总和为零节点2：节点3：联立三式可求出J1、J2、J3各辐射换热量节点1：

5-5灰体间的辐射换热

灰体间的辐射换热（封闭体系）Ⅲ.具有重辐射面的封闭腔的辐射换热

重辐射面：系统中与其它表面温度不同而净换热量为零的表面，即落在其表面上的辐射热量将全部反射出去。重辐射面的有效辐射与它本身的温度和辐射特性无关，整个系统的辐射换热也与重辐射面的温度和辐射特性无关，而仅与其几何特性有关。温度来看，可视为黑体处理能量来看，可视为白体处理

5-5灰体间的辐射换热

灰体间的辐射换热（封闭体系）Ⅲ.具有重辐射面的封闭腔的辐射换热绝热表面的温度是未知的，而由其他两个表面所决定。J3=Eb3是一个浮动的电势，取决于J1及J2其间的两个空间辐射热阻。第五章辐射换热

5-6气体辐射和吸收

气体辐射和吸收的特点Ⅰ.气体是否具有辐射和吸收的能力取决于气体的种类及其所处的温度。

单原子、分子结构对称的双原子气体以及纯净的空气可视为透明体，τ=1；

非对称结构的双原子气体或多原子气体以及所有的有机气体都具有辐射和吸收的本领。Ⅱ.气体辐射和吸收对波长具有选择性Ⅲ.气体的辐射和吸收在整个容积中进行，气体的穿透率按指数规律衰减Ⅳ.气体的反射率为零，=0,+τ=1第五章辐射换热

5-7对流与辐射共同存在时的热量传输综合换热（复合换热）的定义由两种或两种以上的热传递基本方式组成的换热过程对流与辐射组成的综合换热---系统黑度---辐射换热系数

---复合换热系数、总换热系数

5-7对流与辐射共同存在时的热量传输辐射与导热组成的