硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)之4.4(國)輻射傳熱

1、對(duì)流傳熱綜合傳熱課件目錄教案硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)14.4輻射輻射傳熱傳熱 4.4.1輻射傳熱的基本概念輻射傳熱的基本概念 4.4.1.1輻射傳熱的本質(zhì)和特點(diǎn)輻射傳熱的本質(zhì)和特點(diǎn)電磁波譜輻射輻射物體以電磁波的方式向外傳遞能量的過程物體以電磁波的方式向外傳遞能量的過程對(duì)流傳熱綜合傳熱課件目錄教案硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)1由于熱的原因而發(fā)生的輻射由于熱的原因而發(fā)生的輻射 熱輻射熱輻射取決于溫度取決于溫度 能被物體吸收并轉(zhuǎn)變成熱能的部分電磁波能被物體吸收并轉(zhuǎn)變成熱能的部分電磁波 熱射線熱射線輻射傳熱輻射傳熱物體之間相互輻射和吸收熱過程的總效果物體之間相互輻射和吸收熱過程的總效果 輻射傳熱的特點(diǎn)輻射傳熱的特點(diǎn):

2、 :（1）熱輻射不僅熱輻射不僅進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)移，不伴隨能量的轉(zhuǎn)化。進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)移，不伴隨能量的轉(zhuǎn)化。（2） 輻射能既可從溫度高的物體向低溫物體輻射，低溫輻射能既可從溫度高的物體向低溫物體輻射，低溫物體也向高溫物體輻射物體也向高溫物體輻射對(duì)流傳熱綜合傳熱課件目錄教案硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)1（3 3）熱射線的傳播具有與光同樣特性，不需要傳熱介質(zhì)。熱射線的傳播具有與光同樣特性，不需要傳熱介質(zhì)。陽光穿過廣闊的真空在太陽光穿過廣闊的真空在太空傳播空傳播，不需要傳熱介質(zhì)不需要傳熱介質(zhì)對(duì)流傳熱綜合傳熱課件目錄教案硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)14.4.1.2吸收、反射和透過吸收、反射和透過DRAQQQQ透過率吸收率投射輻射能

3、吸收輻射能QQAA投射輻射能透過輻射能QQDD反射率投射輻射能反射輻射能QQRRA+R+D=1對(duì)流傳熱綜合傳熱課件目錄教案硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)1幾種特殊情況幾種特殊情況絕對(duì)黑體絕對(duì)黑體A=1，R=D=0絕對(duì)透熱體絕對(duì)透熱體D=1，A=R=0絕對(duì)白體：絕對(duì)白體：R=1，A=D=0對(duì)流傳熱綜合傳熱課件目錄教案硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)14.4.1.3黑體輻射模型黑體輻射模型 小孔尺寸愈小小孔尺寸愈小愈接近黑體愈接近黑體在空心體的壁面在空心體的壁面上所開的小孔上所開的小孔具有黑體的性質(zhì)具有黑體的性質(zhì)對(duì)流傳熱綜合傳熱課件目錄教案硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)14.4.2熱輻射的基本熱輻射的基本定律定律 4.4.2.1普朗克

4、輻射定律普朗克輻射定律 （1 1）輻射能力和輻射強(qiáng)度）輻射能力和輻射強(qiáng)度 輻射能力輻射能力符號(hào)：符號(hào)：“E” 單位：?jiǎn)挝唬篧/m2物體每單位表面積，在單體時(shí)物體每單位表面積，在單體時(shí)間內(nèi)向半球空間輻射出去的波間內(nèi)向半球空間輻射出去的波長(zhǎng)從長(zhǎng)從0范圍內(nèi)的總能量范圍內(nèi)的總能量輻射強(qiáng)度輻射強(qiáng)度物體每單位表面積，在單體時(shí)物體每單位表面積，在單體時(shí)間內(nèi)向半球空間輻射出去的波間內(nèi)向半球空間輻射出去的波長(zhǎng)從長(zhǎng)從d范圍內(nèi)的輻射能力為范圍內(nèi)的輻射能力為dE，dE與波長(zhǎng)間隔的比值與波長(zhǎng)間隔的比值符號(hào)：符號(hào)：“E”對(duì)流傳熱綜合傳熱課件目錄教案硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)1ddEEdEE0黑體：黑體： dEE00 ,0（2）普

5、朗克輻射定律普朗克輻射定律 12510,TcecEE曲線曲線對(duì)流傳熱綜合傳熱課件目錄教案硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)1（1）某一波長(zhǎng)的單色輻射能力隨溫度升高而增大；）某一波長(zhǎng)的單色輻射能力隨溫度升高而增大；（2）在某一溫度下，其輻射輻射能力隨波長(zhǎng)而變化：）在某一溫度下，其輻射輻射能力隨波長(zhǎng)而變化： 0，E，00；，E，0； 達(dá)到最高值后，達(dá)到最高值后，E，0。（3）溫度愈高，最大輻射強(qiáng)度的波長(zhǎng)愈短溫度愈高，最大輻射強(qiáng)度的波長(zhǎng)愈短（4）溫度在）溫度在2000K以下，輻射波長(zhǎng)大部分在以下，輻射波長(zhǎng)大部分在0.7610m的的范圍內(nèi)，可見光比例相當(dāng)小，可以忽略。但隨溫度升高，可見范圍內(nèi)，可見光比例相當(dāng)小，可以忽

6、略。但隨溫度升高，可見光比例在不斷增加光比例在不斷增加 。對(duì)對(duì)E曲線的討論：曲線的討論：對(duì)流傳熱綜合傳熱課件目錄教案硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)14.4.2.2維恩偏移定律維恩偏移定律 2896mT數(shù)學(xué)表達(dá)式：數(shù)學(xué)表達(dá)式：物理意義：物理意義：最大輻射強(qiáng)度的波長(zhǎng)與絕對(duì)溫度的乘積為一常數(shù)最大輻射強(qiáng)度的波長(zhǎng)與絕對(duì)溫度的乘積為一常數(shù) 4.4.2.3斯蒂芬斯蒂芬波爾茨曼定律波爾茨曼定律 數(shù)學(xué)表達(dá)式：數(shù)學(xué)表達(dá)式： 400)100(TCE （W/m2） 物理意義物理意義：說明黑體的輻射能力與其絕對(duì)溫度的四次方成正比說明黑體的輻射能力與其絕對(duì)溫度的四次方成正比 。對(duì)流傳熱綜合傳熱課件目錄教案硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)14.4.

7、2.4灰體的特性灰體的特性 （1）黑度與灰體黑度與灰體 單色黑度單色黑度理想灰體（簡(jiǎn)稱灰體）理想灰體（簡(jiǎn)稱灰體） 0,EE 0,0,0,332211EEEEEE對(duì)流傳熱綜合傳熱課件目錄教案硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)1 灰體灰體00,EEEE灰體輻射能力灰體輻射能力4400)100()100(TCTCEE黑度黑度0EE物體輻射能力與同溫度物體輻射能力與同溫度下黑體輻射能力的比值下黑體輻射能力的比值對(duì)流傳熱綜合傳熱課件目錄教案硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)1（2 2）單色吸收率）單色吸收率 物體對(duì)某種波長(zhǎng)輻射能的吸收率稱為單色吸收率，用物體對(duì)某種波長(zhǎng)輻射能的吸收率稱為單色吸收率，用A表示表示 黑體的黑體的A A不隨波

8、長(zhǎng)變化而變化，且等于不隨波長(zhǎng)變化而變化，且等于1 1；灰體灰體A A的也不隨波長(zhǎng)變化而變化，且小于的也不隨波長(zhǎng)變化而變化，且小于1 1；實(shí)際物體的實(shí)際物體的A A隨波長(zhǎng)變化而變化，但在波長(zhǎng)隨波長(zhǎng)變化而變化，但在波長(zhǎng)1 1大于的熱射線范圍，大于的熱射線范圍，A A隨波長(zhǎng)變化很小，可看作為常數(shù)隨波長(zhǎng)變化很小，可看作為常數(shù) 對(duì)流傳熱綜合傳熱課件目錄教案硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)11（3 3 ）有關(guān)輻射的幾個(gè)概念）有關(guān)輻射的幾個(gè)概念 1本身輻射物體1向外輻射的能量投射輻射其它物體投射到物體1的輻射能量1有效輻射物體1的本身輻射加上反射輻射吸收輻射物體1吸收的部分投射輻射能量1反射輻射物體1反射的部分投射輻射能

9、量1對(duì)流傳熱綜合傳熱課件目錄教案硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)14.4.2.5克希霍夫定律克?；舴蚨?)(0332211TfEAEAEAE 設(shè)有兩個(gè)面積很大、相距很近、可忽略邊界影響的平行平面設(shè)有兩個(gè)面積很大、相距很近、可忽略邊界影響的平行平面F0和和F1.。物理意義：物理意義：任何物體的輻射能力與任何物體的輻射能力與其吸收率之間的比值，恒等于同溫度其吸收率之間的比值，恒等于同溫度下黑體的輻射能力，并且只和溫度有下黑體的輻射能力，并且只和溫度有關(guān)，與物體的性質(zhì)無關(guān)。關(guān)，與物體的性質(zhì)無關(guān)。 克?；舴蚨桑嚎讼；舴蚨桑簩?duì)流傳熱綜合傳熱課件目錄教案硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)1即：即：iiiEEAEEAEEA 020

10、221011克?；舴蚨闪硪槐磉_(dá)式：克?；舴蚨闪硪槐磉_(dá)式：任何物體的吸收任何物體的吸收率等于同溫度下率等于同溫度下的黑度的黑度A=克?；舴蚝愕仁娇讼；舴蚝愕仁綄?duì)流傳熱綜合傳熱課件目錄教案硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)14.4.3固體間的輻射傳熱固體間的輻射傳熱 4.4.3.1角系數(shù)角系數(shù)F1對(duì)F2的角系數(shù) 輻射出去的總熱量從的熱量投射到從12112FFFF2對(duì)F1的角系數(shù) 輻射出去的總熱量從上的熱量投射到從22211FFF表示一個(gè)物體的輻射熱量表示一個(gè)物體的輻射熱量落到另一個(gè)物體上的分?jǐn)?shù)落到另一個(gè)物體上的分?jǐn)?shù) 角系數(shù)角系數(shù)對(duì)流傳熱綜合傳熱課件目錄教案硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)1（1 1）角系數(shù)的性質(zhì)）角系數(shù)的性

11、質(zhì) 212121FF互變性互變性 1111312121111311211111131211 nnnQQQQQQQQQQQQQ完整性完整性 對(duì)流傳熱綜合傳熱課件目錄教案硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)1一個(gè)物體表面輻射出去的熱量，可能投向自身平面和凸面：平面和凸面：110 凹面：凹面：110自見性自見性對(duì)流傳熱綜合傳熱課件目錄教案硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)1123透熱體透熱體兼顧性兼顧性1312對(duì)流傳熱綜合傳熱課件目錄教案硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)1（2 2）常見的幾種角系數(shù)值）常見的幾種角系數(shù)值 A A、兩個(gè)無限大的平行平面兩個(gè)無限大的平行平面 (如圖如圖a)12112B B、一個(gè)平面一個(gè)平面1 1和一個(gè)曲面和一個(gè)曲面2

12、2組成的封閉體系組成的封閉體系( (如圖如圖 b)b) 1122121FF對(duì)流傳熱綜合傳熱課件目錄教案硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)1C C、一個(gè)物體一個(gè)物體1 1被另一個(gè)物體被另一個(gè)物體2 2包圍包圍 (如圖如圖c)1122121FFD D、兩個(gè)曲面組成的封閉體系兩個(gè)曲面組成的封閉體系 (如圖如圖d)21212FFF21121FFF對(duì)流傳熱綜合傳熱課件目錄教案硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)14.4.3.2兩個(gè)黑體間的輻射傳熱兩個(gè)黑體間的輻射傳熱 1120201121FEEQ1121F空間熱阻空間熱阻 E01E02黑休輻射傳熱黑休輻射傳熱的電熱網(wǎng)絡(luò)圖的電熱網(wǎng)絡(luò)圖 對(duì)流傳熱綜合傳熱課件目錄教案硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)14.4

13、.3.3灰體間的輻射傳熱灰體間的輻射傳熱 灰體的有效輻射灰體的有效輻射 GAERGEJ)1 (00離開表面的凈輻射換熱量離開表面的凈輻射換熱量 AGEGGAEGJFQ00)1 (當(dāng)當(dāng)A=時(shí)時(shí) FJEJEFQ1)(100F1灰體輻射換熱的表面熱阻 對(duì)流傳熱綜合傳熱課件目錄教案硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)1兩灰體表面間的凈輻射換熱兩灰體表面間的凈輻射換熱: : 1212112,1)(FJJQnet電網(wǎng)絡(luò)單元兩個(gè)灰體表面間的輻兩個(gè)灰體表面間的輻射傳熱的電網(wǎng)絡(luò)圖射傳熱的電網(wǎng)絡(luò)圖 ) 11(1) 11()(11122112110201222121111020112,FFFEEFFFEEQnet對(duì)流傳熱綜合傳熱課件

14、目錄教案硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)1) 11() 11(1122111212112424101212,)100()100(FTTCQnet系統(tǒng)的導(dǎo)來黑度系統(tǒng)的導(dǎo)來黑度:兩灰體表面間輻射換熱計(jì)算式兩灰體表面間輻射換熱計(jì)算式: : 影響其輻射傳熱的三個(gè)基本因素：影響其輻射傳熱的三個(gè)基本因素： 兩灰體的溫度差、角系數(shù)和系統(tǒng)的導(dǎo)來黑度。兩灰體的溫度差、角系數(shù)和系統(tǒng)的導(dǎo)來黑度。 對(duì)流傳熱綜合傳熱課件目錄教案硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)1幾種特殊情況：幾種特殊情況：兩個(gè)物體均為無限大的平行平面兩個(gè)物體均為無限大的平行平面 11112112)100()100(1114421012,12,TTCFQqnetnet如果兩平行平面

15、中：如果兩平行平面中：12（或或21） 則：則：122（或或121）對(duì)流傳熱綜合傳熱課件目錄教案硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)1當(dāng)兩個(gè)物體中有一個(gè)為凸面（或平面）時(shí)：當(dāng)兩個(gè)物體中有一個(gè)為凸面（或平面）時(shí)： ) 11(11221112FF1212211012,)100()100()11(1FTTFFCQnet如果兩物體中，如果兩物體中，F(xiàn)2F1，則：則：121。 對(duì)流傳熱綜合傳熱課件目錄教案硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)1【例】計(jì)算在廠房?jī)?nèi)的蒸氣管道外表面每米長(zhǎng)的輻射熱損失。已知管外保溫層的黑度10.9，外徑d583mm，外壁面溫度t150，室溫t220【解】屬一個(gè)物體被另一個(gè)物體包圍時(shí)的輻射換熱 因?yàn)楣艿辣砻娣eF1相

16、對(duì)于廠房面積F2來說是很小 112021FF1211441011424101212,)100()100()100()100(FTTCFTTCQnetdTTCql)100()100(424101)/(334583. 014. 3)10020273()10050273(67. 59 . 044mW對(duì)流傳熱綜合傳熱課件目錄教案硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)14.4.4氣體輻射氣體輻射 4.4.4.1氣體輻射的特點(diǎn)氣體輻射的特點(diǎn) 1氣體的輻射和吸收對(duì)波長(zhǎng)有選擇性。氣體的輻射和吸收對(duì)波長(zhǎng)有選擇性。由于氣體的輻射光譜不連續(xù)，一般情況下氣體不能看成是灰體。由于氣體的輻射光譜不連續(xù)，一般情況下氣體不能看成是灰體。2氣體的

17、輻射和吸收是在整個(gè)容器中進(jìn)行氣體的輻射和吸收是在整個(gè)容器中進(jìn)行 。3氣體的氣體的R0，A+D1 。),(plTfAgg氣體輻射率和吸收率與氣體的溫度Tg氣層厚度lg與氣體分壓Pg乘積有關(guān) 對(duì)流傳熱綜合傳熱課件目錄教案硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)14.4.4.24.4.4.2氣體的黑度氣體的黑度 和吸收率和吸收率5 . 33/1)100()(07. 422ggCOCOTlPE36 . 08 . 0)100)(07. 422ggOHOHTlPE1氣體的黑度氣體的黑度0EEgg0EEgg對(duì)流傳熱綜合傳熱課件目錄教案硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)140402)100()100(222gOHOHgCOCOTCETCE),()

18、100()(07. 4222031gCOgggCOCOlPTfTClP)()100()(07. 422206 . 08 . 0gOHgggOHOHlPTfTClP修正：修正：即即:煙氣的黑度煙氣的黑度 ：OHCOg22OHOHCO222據(jù)公式畫出二氧化碳的黑度和水蒸氣的黑度圖 ，使用時(shí)直接查圖。對(duì)流傳熱綜合傳熱課件目錄教案硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)1（2 2）氣體的吸收率）氣體的吸收率 煙氣的吸收率煙氣的吸收率 ：AAAAOHOHCOg222條件黑度：條件黑度：65. 0)(22wgCOCOTTA)( ,22gwgCOwCOTTlPTf據(jù)CO2的黑度圖查得45. 0)(22wgOHOHTTA)( ,22gwgOHwOHTTlPTf據(jù)H2O的黑度圖查得OHOHCOAAA222近似計(jì)算可不修正對(duì)流傳熱綜合傳熱課件目錄教案硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)14.4.4.3火焰輻射火焰輻射 （1）凈化的氣體燃料完全燃燒時(shí)，煙氣的主要成分是）凈化的氣體燃料完全燃燒時(shí)，煙氣的主要成分