管式加热炉第一节热辐射的基本概念课件

第七章管式加热炉第1节热辐射的基本概念1.1基本概念1.2黑体辐射的基本定律1.3实际物体的热辐射1.4气体的辐射与吸收1.1基本概念1.1.1热辐射的特性1.1.2热辐射的吸收、反射和透过1.1.3黑体的定义1.1.4物体的辐射能力、辐射强度电磁辐射波谱：辐射线名称宇宙射线伽马射线伦琴射线紫外线可见光红外线无线电波波长/μm＜1×10-7

1×10-７～1×10-5

1×10-5～2×10-2

2×10-2～0.380.38～0.760.76～1×103

1×103～2×1010

热射线注：固体液体的光谱连续；气体光谱不连续1.1.2热辐射的吸收、反射和透过：

Q=Qα+Qρ+Qτ或Qα/Q+Qρ/Q+Qτ/Q=1⒈吸收率α、反射率ρ和透过率τ：定义：α=Qα/Q吸收率ρ=Qρ/Q反射率τ=Qτ/Q透过率1.1.3黑体的定义：黑表面：能全部吸收投射到它表面上的热辐射的表面黑体：具有黑表面的物体，称为绝对黑体，或简称黑体，用下标“0”表示说明：①自然界中并不存在真正的绝对黑体；②黑体模型：1.1.4物体的辐射能力、辐射强度：

⒈物体的辐射能力E：

定义：物体单位表面积、单位时间向半球空间所有方向发射的全部波长（λ=0～∞）的总辐射能，又称半球辐射能力、自身辐射W/m2

说明：①E与表面的性质、温度有关：T↑→E↑；②相同的温度下，黑体的辐射能力最大。1.1.4物体的辐射能力、辐射强度：⒉单色辐射能力Eλ：定义：物体在λ至λ+Δλ的波段内的辐射能力

W/(m2·μm)或W/m3说明：①Eλ反映了物体的辐射能力随λ（0-∞）的分布情况：②Eλ≠E０λ，Eλ＝f（波长，T）1.2黑体辐射的基本定律1.2.1普朗克（Planck）定律－黑体辐射能力按波长的分布规律1.2.2斯蒂芬-波尔兹曼（Stefan-Boltzman）定律－黑体辐射能力与温度的关系1.2.3兰贝特（Lambert）定律－余弦定率1.2.1普朗克（Planck）定律：黑体的单色辐射能力与波长及温度的定量关系：式中：λ－黑体辐射的波长，m；T－黑体的绝对温度，K；C1、C2－普朗克常数，C1=3.743×10-16W·m2；C2=1.4387×10-2m·K；E0λ－黑体的单色辐射能力，W/m2。讨论：①黑体的E0λ与表面形状无关，E0λ=f(λ,T)；②如图：当λ→0或λ→∞时，Eoλ→0；同一波长下，T↑→E0λ↑；

1.2.2斯蒂芬－波尔兹曼（Stefan-Boltzman）定律：黑体的全波长辐射能力：积分后：式中：σ0－黑体辐射常数，σ0=5.67×10-8W/(m2·K4)C0=5.67故：E0∝T４，高温时不能忽略辐射传热。1.2.3兰贝特定律—余弦定律：说明了黑体表面向它上面的半球空间不同方向上的辐射能量与法线方向上的辐射能量的关系内容：I0n—黑体的微元面积dA在法线方向上的辐射强度，W/(m2·sr)；Φ—给定方向与法线方向的夹角，sr说明：①兰贝特定律又称余弦定律；②当φ=0时，Iφ=0=I0n，辐射强度最大；当φ=90º时，Iφ=90º=0；③I0和E0的关系：上式说明：E0为Ion的π倍；④遵循兰贝特定律的表面称为兰贝特表面，黑体表面就是一个兰贝特表面；⑤以上三个定律只适用于黑体。1.3.1实际物体与黑体的区别与联系⒈实际物体的辐射能力不服从斯蒂芬－波尔兹曼定律自然界一切物体的辐射能力均小于同温度下黑体的辐射能力；引入相对辐射能力：ε=E/E0，又称黑度，发射率影响因素：①ε它与物体温度和表面性质（表面温度、表面状况等）有关；②ε恒小于1。1.3.1实际物体与黑体的区别与联系⒉实际物体的单色辐射能力随温度和波长的变化不符合普朗克定律引入物体的单色黑度：ελ=Eλ/E0λ，又称单色发射能力影响因素：①ελ＝f（T,λ，物体表面性质）；②ελ恒小于1，黑体单色辐射能力最大。1.3.1实际物体与黑体的区别与联系⒊实际物体对投入辐射能的吸收率α≠1单色吸收率αλ：在给定波长λ和入射角和θ下，一个实际表面吸收的能量与一个黑表面吸收的能量之比值。说明：①α、ε、ελ、αλ∈(0，1)；②实验表明，ε、ελ、αλ均为物体本身性质；α不是物体本身的性质，α＝f（表面性质、温度、投入辐射的波长及角度）。1.3.2克希霍夫（Kirchhoff）定律说明：①对于许多物质，人们发现αλ（或ελ）与投射辐射的情况无关，即与投射温度T2无关。故：无论T1和T2是否相等，均有ελ=αλ；②由ελ、αλ，则：热平衡时：T1=T2，故α=ε；③对于灰体：α=αλ=ελ=ε什么是灰体？1.3.3灰体⒈灰体定义：假如某种物体的单色辐射能力Eλ与同一温度下绝对黑体的单色辐射能力E0λ之比等于常数，即在所有波长下，物体的单色黑度ελ等于常数，这种物体叫做灰体灰体也是一种理想物体1.4气体的辐射与吸收1.4.1气体辐射与吸收的特点1.4.2烟气的黑度1.4.3烟气的吸收率1.4.1气体辐射与吸收的特点:⒈不同气体具有不同的辐射能力

单原子和分子结构对称的双原子气体，如惰性气体和氢、氮、氧等，不具有吸收热辐射的能力，可看作透明体。而三原子，多原子气体以及结构不对称的双原子分子，如CO2、H2O、SO2、CO、CH2，烃类和醇类等，则有相当大的辐射能力和吸收能力。1.4.1气体辐射与吸收的特点:⒉气体辐射对波长有选择性

气体只在某些特定的波段－光带内具有吸收能力。烟气中的CO2和H2O主要光带如下：

CO2H2O第一光带2.65-2.80μm2.55-2.84μm第二光带4.15-4.45μm5.6-7.6μm第三光带13.0-17.0μm12.0-30.0μm

这些光带均位于可见光范围之外，所以，即使在高温下CO2和H2O也不能被人眼看见。1.4.1气体辐射与吸收的特点:⒊气体的辐射和吸收是在整个容积中进行的气体的辐射和吸收与气体的形状和体积有关。气体的辐射和吸收取决于气层厚度、气体的温度和分压。定义平均辐射长度L=3.5V/A，又称有效气层厚度

这样：1.4.1气体辐射与吸收的特点:⒋气体是典型的非灰体物质

只有当气体温度和固体壁温度相同时气体的黑度和吸收率才会相等，若温度不相等，就不存在这种关系。同样普朗克定律定律和斯蒂芬－波尔兹曼定律也不能成立。1.4.2烟气的黑度：

⒈CO2和H2O的黑度：ECO2∝T3.5，EH2O∝T3引入气体的黑度εi：ε0CO2=f（PCO2，L，Tg）εCO2=CCO2•ε0CO2，P338：Fig7-8,9ε0H2O=f（PH2O，L，Tg，P总）εH2O=CH2O•ε0H2O，

P339：Fig7-10,111.4.2烟气的黑度：⒉烟气的黑度εg：εg=（εCO2

+εH2O）·（1-Δε）Δε-烟气中光谱重叠的校正量，

Δε≈2-5%；烟气中如存在SO2，通常可计算在CO2组分中。1.4.3烟气的吸收率αg：当TW≠Tg时，εg≠

αg，其关系可用下式表示：式中：Tw－固体壁温度，K；