第八辐射换热演示文稿

第八辐射换热演示文稿现在是1页\一共有44页\编辑于星期五（优选）第八辐射换热现在是2页\一共有44页\编辑于星期五不需要冷热物体的直接接触，也不需要中间介质伴随有能量形式的转换，即辐射时由内能转换为辐射能，吸收时由辐射能转换为内能。一切温度高于0K的物体都在不断地向外发射辐射能，也在吸收周围物体发射到它表面上的辐射能。热辐射特点高温物体的热能以电磁波的形式传递给低温物体ZHZWtransfer8.辐射换热8.1热辐射的基本概念现在是3页\一共有44页\编辑于星期五ZHZWtransfers8.辐射换热8.1热辐射的基本概念辐射能的吸收、反射和投射吸收热能

低温物体热能高温物体辐射能流（热射线）GGρGτGα穿透

与中间介质无关而由电磁波传输反射

现在是4页\一共有44页\编辑于星期五物体能将外界投射来的辐射能全部吸收－－黑体ZHZWtransfers8.辐射换热8.1热辐射的基本概念辐射能的吸收、反射和投射能量守恒原理吸收率反射率透射率物体能将外界投射来的辐射能全部反射入射角等于反射角－－镜体；漫反射－－白体外界投射到物体上的辐射能全部透过物体－－透明体现在是5页\一共有44页\编辑于星期五固体、液体：对辐射能的吸收只在物体表面薄层内进行，可认为其透射率：τ=0ZHZWtransfers8.辐射换热8.1热辐射的基本概念辐射能的吸收、发射和投射表面辐射气体：对热辐射几乎不能反射，即：ρ=0对称的双原子气体、纯净空气，可认为其基本不吸收辐射能，即α≈0体积辐射现在是6页\一共有44页\编辑于星期五物体向外发射的辐射能包括不同波长和不同空间方向的能量辐射力、辐射强度辐射力：单位时间内，物体的单位表面积向半球空间发射的全部波长的辐射能量单色辐射力：单位时间内，物体的单位表面积向半球空间发射的某一特定波长的辐射能量,描述辐射能按波长分布方向辐射力：单位时间内，物体的单位表面积向某一方向单位立体角内发射的全部波长的辐射能量（定向）辐射强度：单位时间，单位可见辐射面积在单位立体角发射的全部波长的辐射能量现在是7页\一共有44页\编辑于星期五立体角：是一个空间角度，单位为Sr(Steradian)

。

经度角dd

纬度角

rSin

rSindrd

dA整个半球的面积为2πr2

，为2π个球面度立体角=A/r2，Sr

为球面度现在是8页\一共有44页\编辑于星期五ndΦddA1CosZHZWtransfers8.辐射换热8.1热辐射的基本概念dA1与方向辐射力关系E=L

Cos

在法线上En=Ln

现在是9页\一共有44页\编辑于星期五ZHZWtransfers8.辐射换热8.1热辐射的基本概念漫射表面能向半球空间各方向发出均匀辐射强度的发射辐射的表面漫发射表面漫反射表面能向半球空间各方向均匀反射的表面漫射表面同时漫发射表面又是漫反射表面现在是10页\一共有44页\编辑于星期五有效辐射

单位时间内离开单位面积表面的总辐射能,用符号J表示,单位是W/m2。图8-3有效辐射示意图有效辐射包括了自身的发射辐射E和反射辐射G。G为投射辐射。现在是11页\一共有44页\编辑于星期五作业239页8-18-28-6现在是12页\一共有44页\编辑于星期五ZHZWtransfers8.辐射换热8.2黑体辐射的基本定律一、黑体和黑体模型吸收比

=1的物体，简称黑体。黑体是一种理想物体。人工黑体模型：

绝对黑体：

黑体的吸收能力最强，辐射能力也最强伊普西龙黑体表面是漫射表面现在是13页\一共有44页\编辑于星期五黑体模型随温度升高，黑体的单色辐射力和辐射力都在迅速增大；在波长为0、无穷大处，每一分布曲线都有一峰值；随着温度升高，黑体的最大单色辐射力向短波长方向移动。二普朗克定律现在是14页\一共有44页\编辑于星期五ZHZWtransfers8.辐射换热8.2黑体辐射的基本定律二、普朗克定律维恩定律现在是15页\一共有44页\编辑于星期五ZHZWtransfers8.辐射换热8.2黑体辐射的基本定律斯蒂芬－玻尔兹曼定律斯蒂芬常数，现在是16页\一共有44页\编辑于星期五兰贝特定律nθ

Eb：黑体在θ方向的辐射力

Ebn：黑体在法向的辐射力E=L

CosEn=Ln

Lb=Ebn=Lbn

Lb1=Lb2=Lb3=…=Lbn黑体的定向辐射强度与方向无关服从兰贝特定律的表面叫漫辐射表面黑体辐射力Eb与辐射强度Lb的关系现在是17页\一共有44页\编辑于星期五一实际物体的辐射特性发射率：实际物体的辐射力与同温度下黑体的辐射力的比值发射率表征实际物体的辐射本领接近于黑体辐射的程度。ZHZWtransfers8.辐射换热8.3实际物体和灰体的辐射现在是18页\一共有44页\编辑于星期五实际物体的方向辐射特性

定向发射率（定向黑度）：实际物体不是漫发射体，定向发射率是方向角的函数。金属非金属现在是19页\一共有44页\编辑于星期五几种非金属材料的定向发射率实际物体发射率数值大小取决于材料的种类、温度和表面状况，通常由实验测定。

现在是20页\一共有44页\编辑于星期五ZHZWtransfers8.辐射换热8.3实际物体和灰体的辐射实际物体的吸收特性单色吸收率：物体对某一特定波长的投射辐射所吸收的份额自身表面性质与温度投射波长－－投射物体的表面性质与温度吸收率：所有波长投射辐射：单位时间内，外界投射到物体单位面积上的辐射能现在是21页\一共有44页\编辑于星期五ZHZWtransfers8.辐射换热8.3实际物体和灰体的辐射基尔霍夫定律实际物体与黑体构成的辐射系统中，在热平衡条件下实际物体的吸收率等于其发射率理想物体，简化辐射换热计算有重要意义，在红外辐射波长范围内大部分工程材料都可近似看做灰体。适用于漫反射，不受投射辐射沿波长的分布影响,仅取决于自身温度灰体单色吸收率与波长无关的物体现在是22页\一共有44页\编辑于星期五ZHZWtransfers8.辐射换热8.4角系数

各物体向外发射了多少辐射能；各物体向外发射的辐射能中有多少投射到另一个物体上；各物体吸收了多少投射到它上面的辐射能。由表面1投射到表面2的辐射能量占离开表面1的总辐射能的份额称为表面1对表面2的角系数工程上计算辐射换热角系数的定义现在是23页\一共有44页\编辑于星期五现在是24页\一共有44页\编辑于星期五

根据角系数的定义,角系数X1,2和X2,1分别为可以看出，在上述假设条件下，角系数是几何量，只取决于两个物体表面的几何形状、大小和相对位置。

（2）角系数的性质

1）相对性（互换性）：

2）完整性：现在是25页\一共有44页\编辑于星期五

3）角系数的可加性：

（3）角系数的计算方法

有积分法、代数法、图解法(或投影法)等

1）积分法：

根据角系数表达式通过积分运算求得角系数结果查有关手册（书207页表）现在是26页\一共有44页\编辑于星期五

2）代数法：

利用角系数的定义及性质,通过代数运算确定角系数。

图(a)、(b)：

图(c)：

图(d)：

三个非凹表面构成的封闭空腔现在是27页\一共有44页\编辑于星期五现在是28页\一共有44页\编辑于星期五作业8-78-9现在是29页\一共有44页\编辑于星期五1.黑体表面之间的辐射换热

对于任意位置的两个黑体表面1、2，据角系数定义称为空间辐射热阻

8-5

封闭系统中灰体表面间的辐射换热现在是30页\一共有44页\编辑于星期五

如果由n个黑体表面构成封闭空腔,那么每个表面的净辐射换热量为

注意：1,2是两个任意位置的黑体表面1、2之间直接的辐射换热量，没考虑其它表面的影响。如果两个黑体表面构成封闭腔，则1,2是两个表面净交换的热量。辐射网络现在是31页\一共有44页\编辑于星期五2灰表面间的辐射换热1.有效辐射：单位时间内离开单位面积的总辐射能为该表面的有效辐射，见右图。包括了自身的发射辐射E和反射辐射G。G为投射辐射。2.辐射表面热阻图8-3有效辐射示意图现在是32页\一共有44页\编辑于星期五改写为：式中，称为表面热势差；则被称为表面辐射热阻。外部：内部：表面辐射热阻网络单元现在是33页\一共有44页\编辑于星期五3.组成封闭空腔两灰表面间的辐射换热两个物体组成的辐射换热系统两灰表面封闭空腔的辐射网络

现在是34页\一共有44页\编辑于星期五对于两块平行壁面构成的封闭空腔1,2

称为系统黑度

对于凸型物体1和包壳2之间的辐射换热,如果，现在是35页\一共有44页\编辑于星期五例题8-10计算车间内蒸汽管道外表面的辐射散热损失。已知管道保温层外径do=583mm，外壁温度tw=48℃，室温t0=23℃。现在是36页\一共有44页\编辑于星期五则上式变为现在在两面之间插入一块发射率仍为的遮热板，这样就组成了两个换热系统，如图所示.4.遮热板为简单起见，假设现在是37页\一共有44页\编辑于星期五稳态时有:可见，与没有遮热板时相比，辐射换热量减小了一半。现在是38页\一共有44页\编辑于星期五网络法(又称热网络法，电网络法等)的原理，是用电学中的电流、电位差和电阻比拟热辐射中的热流、热势差与热阻，用电路来比拟辐射热流的传递路径。但需要注意的是，这两种方法都离不开角系数的计算，所以，必须满足漫灰面、等温、物性均匀以及投射辐射均匀的四个条件。下面从介绍相关概念入手，逐步展开。网络法的应用举例

5.组成封闭空腔的多个灰表面间的辐射换热两灰表面封闭系统辐射换热等效网络图现在是39页\一共有44页\编辑于星期五根据电路中的基尔霍夫定律——流入节电的电流总和等于零，列出个个节点的热流方程，组成有效辐射的联立方程组，见现在是40页\一共有44页\编辑于星期五求解上面方程组获得，根据：计算净辐射热流，其中i代表表面1或表面2。在上面的过程中需要注意的是(1)节点的概念；(2)每个表面一个表面热阻，每对表面一个空间热阻；(3)以及画电路图的一些基本知识。下面再来看一下三个表面的情况。与两个表面相似，首先需要画出等效网络，列出各节点的电流方程。现在是41页\一共有44页\编辑