《化工原理》課件 章節(jié)3-5輻射傳熱

1、第 3 章 傳熱3.5.1 基本概念3.5.2 物體的輻射能力3.5.3 兩個固體間的輻射傳熱3.5.4 對流輻射聯(lián)合傳熱3.5 輻射傳熱2022/8/243.5.1 基本概念3.5.1.1 熱輻射傳熱 熱輻射 ：物體因熱的原因發(fā)出輻射能的過程稱為熱輻射，是一種通過電磁波傳遞能量的過程。輻射傳熱 ：不同物體間相互輻射和吸收能量的綜合過程熱射線 ：可見光線和紅外光線統(tǒng)稱為熱射線3.5.1.2 物體對熱輻射線的作用 服從反射定律和折射定律 能在均一介質(zhì)中作直線傳播 在真空和大多數(shù)的氣體（惰性氣體和對稱的雙原子氣體）中熱射線可以完全透過 2022/8/243、輻射 輻射傳熱，不僅是能量的傳遞，還伴隨

2、著能量形式的轉(zhuǎn)化。輻射傳熱不需要任何介質(zhì)作媒介，可以在真空中傳播。 2022/8/24A=QA/Q 物體的吸收率 R=QR/Q 物體的反射率 D=QD/Q 物體的透過率 2022/8/24黑體、鏡體、透熱體和灰體 黑體（絕對黑體）：能全部吸收輻射能的物體，即A=1的物體 鏡體（絕對白體）：能全部反射輻射能的物體，即R=1的物體透熱體 ：能透過全部輻射能的物體，即D=1的物體 灰體 ：能夠以相等的吸收率吸收所有波長輻射能的物體 灰體的特點： 它的吸收率A不隨輻射線的波長而變。 它不是透熱體，即A+R=1,D=0。 2022/8/243.5.2 物體的輻射能力物體發(fā)射能力：物體在一定的溫度下，單位

3、表面積、單位時間內(nèi)所發(fā)射的全部波長的總能量。用E表示，單位：W/m2。3.5.2.1 黑體的發(fā)射能力 斯蒂芬-波爾茨曼定律 2022/8/24黑體的發(fā)射常數(shù)或斯蒂芬-波爾茨曼常數(shù) 黑體的發(fā)射系數(shù) 絕對黑體的發(fā)射能力和絕對溫度的四次方成正比。C：灰體的發(fā)射系數(shù)，取決于物體性質(zhì)、表面情況和溫度。 2022/8/243.5.2.2 實際物體的輻射能力E ：黑度（發(fā)射率）：同一溫度下，實際物體的發(fā)射能力與黑體發(fā)射能力的比值。2022/8/243.5.2.3 灰體的輻射能力和吸收能力克希霍夫定律 克?；舴蚨?一切物體的發(fā)射能力與其吸收率得比值均相等，且等于同溫度下的絕對黑體的發(fā)射能力，其值只與溫度有關(guān)

4、。 2022/8/24由 和 在同一溫度下，物體的吸收率和黑度在數(shù)值上相等。 表示灰體發(fā)射能力占黑體發(fā)射能力的分數(shù) A為外界投射來的輻射能被物體吸收的分數(shù) 2022/8/243.5.3 兩固體間的輻射傳熱從壁面1輻射和反射的能量之和E12022/8/242022/8/24同理，從壁面2輻射和反射的能量之和E22022/8/242022/8/24C1-2總發(fā)射系數(shù) 在面積均為A相距很小的平行面間的輻射傳熱速率為： 當兩平行壁面間距離與表面積相比不是很小時 ，輻射傳熱速率應(yīng)寫為： 2022/8/24 ：幾何因子或角度系數(shù)，表示從輻射面積A所發(fā)射出的能量為另一物體表面所攔截的分數(shù)。數(shù)值與兩表面的形狀

5、、大小、相互位置以及距離有關(guān)。 C1-2：物體1對物體2的總發(fā)射系數(shù)，取決于壁面的性質(zhì)和兩個壁面的幾何因素。 2022/8/24影響輻射傳熱的主要因素 溫度的影響 在低溫傳熱時，輻射的影響可以忽略；而在高溫傳熱時，熱輻射則不容忽視，有時甚至占據(jù)主要地位。 幾何位置影響 物體表面的黑度 輻射表面間介質(zhì)的影響 2022/8/24例：車間內(nèi)有一高和寬各為3m的鑄鐵爐門，其溫度為227，室內(nèi)溫度為27。為了減少熱損失，在爐門前50mm處設(shè)置一塊尺寸和爐門相同的而黑度為0.11的鋁板，試求放置鋁板前、后因輻射而損失的熱量。2022/8/24解：(1)放置鋁板前因輻射損失的熱量取鑄鐵的黑度為2022/8/

6、24（2）放置鋁板后因輻射損失的熱量 用下標1、2和i分別表示爐門、房間和鋁板。假定鋁板的溫度為Ti K，則鋁板向房間輻射的熱量為：式中：2022/8/24 爐門對鋁板的輻射傳熱可視為兩無限大平板之間的傳熱，故放置鋁板后因輻射損失的熱量為：式中：2022/8/24當傳熱達到穩(wěn)定時，放置鋁板后因輻射的熱損失減少百分率為：結(jié)論：設(shè)置隔熱擋板是減少輻射散熱的有效方法，而且擋板材料的黑度愈低，擋板的層數(shù)愈多，則熱損失愈少。2022/8/243.5.4 對流-輻射聯(lián)合傳熱 設(shè)備的熱損失等于對流傳熱和輻射傳熱之和 。由于對流散失的熱量 ：由于輻射而散失的熱量 ：設(shè)備向大氣輻射傳熱， 2022/8/24改成對流傳熱