傳熱學(xué) 8 輻射傳熱課件

第八章輻射傳熱1、重點(diǎn)內(nèi)容：

①熱輻射現(xiàn)象的基本概念；②黑體熱輻射的基本定律；③固體和液體的輻射特性；④實(shí)際物體對(duì)輻射能的吸收與輻射的關(guān)系；⑤角系數(shù)的定義及計(jì)算，輻射傳熱計(jì)算。2、掌握內(nèi)容：基本概念及定律。3、了解內(nèi)容：氣體輻射。第八章輻射傳熱1、重點(diǎn)內(nèi)容：8-1熱輻射的基本概念一熱輻射的本質(zhì)１、基本概念輻射：發(fā)射輻射能是各類物質(zhì)的固有特性。當(dāng)原子內(nèi)部的電子受溫和振動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生交替變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)，發(fā)出電磁波向空間傳播。熱輻射：由于自身溫度或熱運(yùn)動(dòng)的原因而激發(fā)產(chǎn)生的電磁波傳播。8-1熱輻射的基本概念一熱輻射的本質(zhì)2、特點(diǎn)：a）任何物體，只要溫度高于0K，就會(huì)不停地向周?chē)臻g發(fā)出熱輻射；b）不需要介質(zhì)，可以在真空中傳播；c）伴隨能量形式的轉(zhuǎn)變（熱力學(xué)能與輻射能）；d）具有強(qiáng)烈的方向性；e）輻射能與溫度和波長(zhǎng)均有關(guān)；f）發(fā)射輻射取決于溫度的4次方。8-1熱輻射的基本概念2、特點(diǎn)：8-1熱輻射的基本概念３、電磁波譜電磁輻射包含了多種形式，工業(yè)上有實(shí)際意義的熱輻射區(qū)域一般為0.1－100μm。8-1熱輻射的基本概念電磁波：交變電磁場(chǎng)在空間的傳播。與彈性介質(zhì)中的機(jī)械波不同，電磁波的傳播不需要介質(zhì)，且傳播速度等于光速。

電磁波傳播速度、頻率與波長(zhǎng)的關(guān)系：

c=νλ真空c＝3×108m/s頻率波長(zhǎng)３、電磁波譜電磁輻射包含了多種形式，工業(yè)上有實(shí)際意8-1熱輻射的基本概念電磁輻射波譜工業(yè)領(lǐng)域溫度范圍（<2000K）的熱射線:λ＝0.76～20μm可見(jiàn)光（λ＝0.38～0.76μm）;紅外線（λ＝0.76～1000μm;微波（λ＝1mm～1m）;計(jì)及太陽(yáng)輻射（5800K）的熱射線:λ＝0.1～100μm8-1熱輻射的基本概念電磁輻射波譜工8-1熱輻射的基本概念二吸收比、反射比和透射比

投入輻射：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)投射到單位面積物體表面上的全波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射能。Gw/m2

吸收輻射：G

W/m2

反射輻射：G

W/m2透射輻射：G

W/m2

8-1熱輻射的基本概念二吸收比、反射比和透射比投入一般：固、液對(duì)熱輻射是不透射的，即氣體幾乎無(wú)反射，即黑體（絕對(duì)黑體）：白體（絕對(duì)白體）：絕對(duì)透熱體：吸收比反射比透射比8-1熱輻射的基本概念一般：固、液對(duì)熱輻射是不透射的，即氣體幾乎無(wú)反射，即黑體8-1熱輻射的基本概念三輻射力和有效輻射

輻射力E：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，物體的單位表面積向半球空間發(fā)射的所有波長(zhǎng)的能量總和。(W/m2)實(shí)際物體的輻射力：投入輻射G：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)投射到單位面積上的總輻射能。有效輻射J：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)離開(kāi)單位面積的總輻射能為該表面的有效輻射，包括了自身的發(fā)射輻射E和反射輻射G。8-1熱輻射的基本概念三輻射力和有效輻射輻射力E：四定向輻射度

輻射面積：一表面在某一方向的可見(jiàn)輻射面積，它是該表面在該方向上的投影?？梢?jiàn)輻射面積平面角：用圓周定義，單位是rad（弧度）。四定向輻射度輻射面積：一表面在某一方向的可見(jiàn)輻射面積，8-1熱輻射的基本概念立體角：球面面積除以球半徑的平方，單位：sr(球面度)。dAs8-1熱輻射的基本概念立體角：球面面積除以球半徑的平方，

定向輻射度Lp：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，單位可見(jiàn)輻射面積在某一方向p的單位立體角內(nèi)所發(fā)出的輻射能（包括發(fā)射輻射和反射輻射）。8-1熱輻射的基本概念蘭貝特定律：黑體輻射的定向輻射度與方向無(wú)關(guān)。（余弦定律）Lp＝L＝constdΩ立體角內(nèi)的輻射力（定向輻射力）：定向輻射度Lp：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，單位可見(jiàn)輻射面積在某一方向8-1熱輻射的基本概念五漫射表面

鏡反射：反射角等于入射角。光滑的金屬表面,玻璃，塑料等。漫反射：被反射的輻射能均勻分布在各個(gè)方向上。粗糙的金屬表面近于漫射面。8-1熱輻射的基本概念五漫射表面鏡反射：反射角等于8-2黑體輻射的基本定律一黑體和黑體模型黑體是一種理想物體。人工黑體模型光譜輻射力Eλ：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，單位波長(zhǎng)范圍內(nèi)(包含某一給定波長(zhǎng))，物體的單位表面積向半球空間發(fā)射的能量。(W/m3)8-2黑體輻射的基本定律一黑體和黑體模型黑體是一種理式中，λ—波長(zhǎng)，m；

T—黑體溫度，K；c1=3.742×10-16Wm2；

c2=1.4388×10-2WK；（1）溫度愈高，同一波長(zhǎng)下的光譜輻射力愈大；（2）在一定的溫度下，黑體的光譜輻射力在某一波長(zhǎng)下具有最大值；（3）隨著溫度的升高，Eb取得最大值的波長(zhǎng)max愈來(lái)愈小，即在坐標(biāo)中的位置向短波方向移動(dòng)。特點(diǎn)：二普朗克（Planck）定律式中，λ—波長(zhǎng)，m；（1）溫度愈高，同一波長(zhǎng)下8-2黑體輻射的基本定律維恩（Wien）位移定律太陽(yáng)表面溫度約為5800K，由上式可求得max=0.5

m，位于可見(jiàn)光范圍內(nèi)，可見(jiàn)光占太陽(yáng)輻射能的份額約為44.6%。對(duì)于2000K溫度下黑體,可求得max=1.45

m，位于紅外線范圍內(nèi)。8-2黑體輻射的基本定律維恩（Wien）位移定律8-2黑體輻射的基本定律三斯忒藩—玻耳茲曼定律式中b

=5.67×10-8W/(m2K4)，稱為斯忒藩-玻耳茲曼常數(shù)，又稱為黑體輻射常數(shù)。cb=5.67W/(m2K4)，黑體輻射系數(shù)。（四次方定律）8-2黑體輻射的基本定律三斯忒藩—玻耳茲曼定律黑體輻射函數(shù)黑體在波長(zhǎng)λ1和λ2區(qū)段內(nèi)所發(fā)射的輻射力特定波長(zhǎng)區(qū)段內(nèi)的黑體輻射力黑體輻射函數(shù)黑體在波長(zhǎng)λ1和λ2區(qū)段內(nèi)所發(fā)射的輻射力特定波長(zhǎng)１、Stefan-Boltzmann定律：描述黑體在某一溫度下向半球空間所有方向輻射的全部波長(zhǎng)的能量，即對(duì)方向和波長(zhǎng)都積分的結(jié)果；２、Planck定律：描述黑體在某一溫度下向半球空間所有方向輻射的能量沿波長(zhǎng)分布的規(guī)律，即只對(duì)方向積分，但研究的是某一波長(zhǎng)；３、Lambert定律：描述黑體在某一溫度下所輻射的全部波長(zhǎng)的能量沿半球空間方向上的分布規(guī)律，即只對(duì)波長(zhǎng)積分，但研究的是某一方向。黑體輻射定律小結(jié)１、Stefan-Boltzmann定律：描述黑體在某一溫度8-3實(shí)際物體和灰體的輻射一實(shí)際物體1發(fā)射特性黑體的發(fā)射特性：同溫度下，黑體發(fā)射熱輻射的能力最強(qiáng)，包括所有方向和所有波長(zhǎng)；真實(shí)物體表面的發(fā)射能力低于同溫度下的黑體；發(fā)射率

(也稱為黑度)

：相同溫度下，實(shí)際物體的半球總輻射力與黑體半球總輻射力之比:發(fā)射率反映了物體發(fā)射輻射能的能力的大小。8-3實(shí)際物體和灰體的輻射一實(shí)際物體發(fā)射率反映了物體發(fā)8-3實(shí)際物體和灰體的輻射光譜輻射力隨波長(zhǎng)的變化光譜發(fā)射力隨波長(zhǎng)的變化上面公式只是針對(duì)方向和光譜平均的情況，但實(shí)際上，真實(shí)表面的發(fā)射能力是隨方向和光譜變化的。光譜發(fā)射率：實(shí)際物體的光譜輻射力與同溫度下黑體的光譜輻射力之比。8-3實(shí)際物體和灰體的輻射光譜輻射力隨波長(zhǎng)的變化光譜發(fā)射定向發(fā)射率（定向黑度）定向發(fā)射率（定向黑度）幾種非導(dǎo)電體材料在不同方向上的定向發(fā)射率（θ）（t=0~93.3℃）幾種非導(dǎo)電體材料在不同方向上的定向發(fā)射率影響物體發(fā)射率的因素物體表面的發(fā)射率取決于物質(zhì)種類、表面溫度和表面狀況。發(fā)射率只與發(fā)射輻射的物體本身有關(guān)，而不涉及外界條件。影響物體發(fā)射率的因素黑體、灰體、白體等都是理想物體，而實(shí)際物體的輻射特性并不完全與這些理想物體相同，比如：(1)實(shí)際物體的輻射力與黑體和灰體的輻射力有差別；(2)實(shí)際物體的輻射力并不完全與熱力學(xué)溫度的四次方成正比；(3)實(shí)際物體的定向輻射強(qiáng)度也不嚴(yán)格遵守Lambert定律等等。所有這些差別全部歸于發(fā)射率（黑度），因此，它們一般需要實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。黑體、灰體、白體等都是理想物體，而實(shí)際物體的輻射特性并不完全8-3實(shí)際物體和灰體的輻射2吸收特性物體輻射換熱熱輻射的發(fā)射熱輻射的吸收與溫度和表面狀況有關(guān)，與外界條件無(wú)關(guān)，是物性參數(shù)與外界條件有關(guān)選擇性吸收：投入輻射本身具有光譜特性，因此，實(shí)際物體對(duì)投入輻射的吸收能力也根據(jù)其波長(zhǎng)的不同而變化。光譜吸收比（單色吸收比）：物體對(duì)某一特定波長(zhǎng)的輻射能所吸收的百分?jǐn)?shù)。光譜吸收比隨波長(zhǎng)的變化體現(xiàn)了實(shí)際物體的選擇性吸收的特性。8-3實(shí)際物體和灰體的輻射2吸收特性物體輻射換熱熱輻射8-3實(shí)際物體和灰體的輻射實(shí)際物體光譜吸收比與波長(zhǎng)的關(guān)系實(shí)際物體的選擇性吸收使得計(jì)算十分復(fù)雜（簡(jiǎn)化）灰體8-3實(shí)際物體和灰體的輻射實(shí)際物體光譜吸收比與波長(zhǎng)的關(guān)系8-3實(shí)際物體和灰體的輻射二灰體光譜輻射力隨波長(zhǎng)的變化光譜發(fā)射力隨波長(zhǎng)的變化實(shí)際物體發(fā)射率數(shù)值大小取決于材料的種類、溫度和表面狀況，通常由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。8-3實(shí)際物體和灰體的輻射二灰體光譜輻射力隨波長(zhǎng)的變與黑體類似，灰體也是一種假想的理想物體。對(duì)于大部分工程熱輻射問(wèn)題來(lái)講，溫度范圍300～2000K之間，光譜能量主要在紅外區(qū)域，灰體假設(shè)帶來(lái)的誤差是可以接受的。即對(duì)于大部分紅外波段的工程熱輻射問(wèn)題，可以將物體視為灰體。8-3實(shí)際物體和灰體的輻射引入漫射表面（體）的假設(shè)可忽略實(shí)際物體發(fā)射輻射能的空間分布特性，引入灰體的假設(shè)可忽略實(shí)際物體選擇性吸收投入輻射的特性。與黑體類似，灰體也是一種假想的理想物體。對(duì)于大部分工程熱輻射8-3實(shí)際物體和灰體的輻射三基爾霍夫定律平行平板輻射換熱兩板相距很近，從一塊板發(fā)出的輻射全部落到另一塊板上。板1為黑體表面：Eb、Tb板2為無(wú)透射的任意表面：ε、α、T當(dāng)系統(tǒng)處于熱平衡時(shí)，有基爾霍夫定律的表達(dá)式之一。該式說(shuō)明，在熱力學(xué)平衡狀態(tài)下，物體的吸收率等于它的發(fā)射率。8-3實(shí)際物體和灰體的輻射三基爾霍夫定律平行平板輻射上式具有如下限制：（1）整個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)；（2）如物體的吸收率和發(fā)射率與溫度有關(guān)，則二者只有處于同一溫度下的值才能相等；（3）投射輻射源必須是同溫度下的黑體。8-3實(shí)際物體和灰體的輻射（1）具有漫反射特性的灰體嚴(yán)格滿足基爾霍夫定律漫灰體（2）大多數(shù)工業(yè)領(lǐng)域溫度范圍內(nèi)（<2000K）的物體均可視為漫灰體。說(shuō)明：上式具有如下限制：8-3實(shí)際物體和灰體的輻射（1）具有漫8-3實(shí)際物體和灰體的輻射（3）研究物體表面對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收時(shí)不適用。大多數(shù)物體對(duì)于太陽(yáng)輻射可見(jiàn)光的吸收具有較強(qiáng)的選擇性，例白漆、黑漆常溫下發(fā)射率＝0.9，但是吸收比差異大。太陽(yáng)能集熱器；溫室效應(yīng)：暖房：玻璃對(duì)太陽(yáng)輻射具有強(qiáng)烈的選擇性吸收——大部分太陽(yáng)輻射（0.2～2μm）穿透玻璃，而內(nèi)部的物體熱輻射（≥3μm）穿透率低。地球：CO2、CFC制冷劑（R12等）對(duì)≥3μm的紅外波段吸收率高，而對(duì)于太陽(yáng)輻射穿透率高—溫室效應(yīng)。8-3實(shí)際物體和灰體的輻射（3）研究物體表面對(duì)太陽(yáng)輻射的8-4角系數(shù)表面間的輻射換熱與表面幾何形狀、大小和各表面的相對(duì)位置等幾個(gè)因素均有關(guān)系，這種因素常用角系數(shù)來(lái)考慮。角系數(shù)的概念是隨著固體表面輻射換熱計(jì)算的出現(xiàn)與發(fā)展，于20世紀(jì)20年代提出的，它有很多名稱，如形狀因子、可視因子、交換系數(shù)等等，但叫得最多的是角系數(shù)。值得注意的是，角系數(shù)只對(duì)漫射面(既漫輻射又漫反射)、表面的發(fā)射輻射和投射輻射均勻的情況下適用。一角系數(shù)8-4角系數(shù)表面間的輻射換熱與表面幾何形狀、大小8-4角系數(shù)角系數(shù)：表面1發(fā)射的輻射能落到表面2上去的百分?jǐn)?shù)，用符號(hào)X1,2表示。一角系數(shù)角系數(shù)的應(yīng)用是有一定限制條件的，即漫射面、等溫、物性均勻。角系數(shù)純系幾何因子，與物體性質(zhì)和溫度條件無(wú)關(guān)。8-4角系數(shù)角系數(shù)：表面1發(fā)射的輻射能落到一角系數(shù)8-4角系數(shù)確定角系數(shù)的方法（1）從角系數(shù)的定義出發(fā)直接計(jì)算；（2）積分法；（3）查曲線圖；（4）代數(shù)分析法；（5）投影法或幾何圖形法。8-4角系數(shù)確定角系數(shù)的方法φ1,2平行長(zhǎng)方形間的平均角系數(shù)φ1,2兩相互垂直且具有共同邊的長(zhǎng)方形間的角系數(shù)8-4角系數(shù)φ1,2平行長(zhǎng)方形間的平均角系數(shù)φ1,2兩相互垂直且具有共同8-4角系數(shù)φ1,2兩同軸平行圓盤(pán)間的角系數(shù)8-4角系數(shù)φ1,2兩同軸平行圓盤(pán)間的角系數(shù)8-4角系數(shù)三角系數(shù)的特性（1）相對(duì)性若表面1為非凹表面時(shí)，X1,1=0。角系數(shù)的完整性（2）完整性對(duì)于有n個(gè)表面組成的封閉系統(tǒng)，據(jù)能量守恒可得：8-4角系數(shù)三角系數(shù)的特性（1）相對(duì)性若8-4角系數(shù)注意：上圖中的表面2對(duì)表面1的角系數(shù)不存在上述的可加性。（3）可加性（分解性）角系數(shù)的可加性表面2可分為2a和2b兩個(gè)面，當(dāng)然也可以分為n個(gè)面，則角系數(shù)的可加性為8-4角系數(shù)注意：上圖中的表面2對(duì)表面1的角系數(shù)不存在上8-4角系數(shù)四用代數(shù)法求解角系數(shù)

注意：利用該方法的前提是系統(tǒng)一定是封閉的，如果不封閉可以做假想面，令其封閉。代數(shù)分析法：利用角系數(shù)的各種性質(zhì)，獲得一組代數(shù)方程，通過(guò)求解獲得角系數(shù)。8-4角系數(shù)四用代數(shù)法求解角系數(shù)注意：利用該六個(gè)方程可解的六個(gè)角系數(shù)值。三個(gè)表面組成的封閉系統(tǒng)8-4角系數(shù)例1：六個(gè)方程可解的六個(gè)角系數(shù)值。三個(gè)表面組成的封閉系統(tǒng)8-4例2：兩個(gè)非凹表面及假想面組成的封閉系統(tǒng)上述方法又被稱為交叉線法。注意：這里所謂的交叉線和不交叉線都是指虛擬面斷面的線，或者說(shuō)是輔助線。例2：兩個(gè)非凹表面及假想面組成的封閉系統(tǒng)上述方法又被8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱一組成輻射網(wǎng)絡(luò)的基本熱阻代入1表面輻射熱阻8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱一組成輻射網(wǎng)絡(luò)的基本8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱2空間輻射熱阻（幾何熱阻）黑表面1和2之間的輻射換熱量為8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱2空間輻射熱阻（幾何8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱二兩個(gè)灰體表面組成的封閉系統(tǒng)的輻射熱阻兩個(gè)物體組成的輻射換熱系統(tǒng)8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱二兩個(gè)灰體表面組成的8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱或：系統(tǒng)黑度εs8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱或：系統(tǒng)黑度εs三種特殊情形(1)表面1為凸面或平面，此時(shí)，X1,2＝1，于是(2)表面積A1比表面積A2小得多，即A1/A2

0于是(3)表面積A1與表面積A2相當(dāng)，即A1/A2

1于是三種特殊情形(1)表面1為凸面或平面，此時(shí)，X1,2＝1，8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱三遮熱板強(qiáng)化輻射換熱的主要途徑有兩種：增加發(fā)射率；（2）增加角系數(shù)。削弱輻射換熱的主要途徑有三種：（1）降低發(fā)射率；（2）降低角系數(shù)；（3）加入遮熱板。

為了減少兩表面之間的輻射換熱量，可在輻射表面之間設(shè)置輻射屏，即在平行平板之間插入一塊金屬薄板（遮熱板）。8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱三遮熱板強(qiáng)化輻射換熱8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱無(wú)遮熱板時(shí)有遮熱板時(shí)8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱無(wú)遮熱板時(shí)有遮熱板時(shí)8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱1.遮熱板的作用：

在整個(gè)輻射換熱中凈輻射換熱量為0，即遮熱板既不向原系統(tǒng)放出熱量，也不從中吸收熱量，只是在熱流通路中增大了原系統(tǒng)的熱阻，使換熱表面之間的輻射換熱受到阻礙。8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱1.遮熱板的作用：8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱已知：兩個(gè)大平板A1,A2，溫度T1,T2，發(fā)射率ε1,ε2，中間放置遮熱板T3(T3’

=T3’’)

,ε3’=ε3’’分析：無(wú)、有遮熱板時(shí)輻射換熱量的變化。（1）無(wú)遮熱板時(shí)：2.分析有無(wú)遮熱板時(shí)輻射換熱量的變化8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱已知：兩個(gè)大平板A1,8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱（2）有遮熱板時(shí)簡(jiǎn)化考慮：8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱（2）有遮熱板時(shí)簡(jiǎn)化考8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱（1）加1塊發(fā)射率與平板相同的遮熱板后，（2）加n塊發(fā)射率與平板相同的遮熱板后，（3）工程中選用反射率高，發(fā)射率小的材料做遮熱板，即：結(jié)論：8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱（1）加1塊發(fā)射率遮熱板的幾個(gè)應(yīng)用：（1）在汽輪機(jī)中用于減少內(nèi)、外套管間的輻射換熱量；（2）應(yīng)用于儲(chǔ)存液態(tài)氣體的低溫容器對(duì)儲(chǔ)存液氮、液氧等容器，為了提高保溫效果，采用多層屏壁并抽真空。遮熱板用塑料薄膜制成，其上涂以反射比很大的金屬箔層。箔層厚度約0.01-0.5mm，箔間嵌以質(zhì)輕且導(dǎo)熱系數(shù)小的材料作分隔層，絕熱層中抽成高度真空。遮熱板的幾個(gè)應(yīng)用：（1）在汽輪機(jī)中用于減少內(nèi)、外套管間的輻射遮熱板的幾個(gè)應(yīng)用：（3）用于超級(jí)隔熱油管石油在地層下數(shù)千米，粘度大，開(kāi)采時(shí)需注射高溫高壓蒸汽使其粘度降低。為減少蒸汽散熱損失，可采用類似低溫保溫容器的多層遮熱板并抽真空。遮熱板的幾個(gè)應(yīng)用：（3）用于超級(jí)隔熱油管遮熱板的幾個(gè)應(yīng)用：（4）用于提高溫度測(cè)量的準(zhǔn)確度如使用裸露熱電偶測(cè)量高溫氣流的溫度，高溫氣流以對(duì)流方式把熱量傳給熱電偶，同時(shí)熱電偶又以輻射方式把熱量傳給溫度較低的容器壁。在熱平衡時(shí)，熱電偶溫度不再變化，此溫度為指示溫度，它必低于氣體的真實(shí)溫度。使用遮熱罩抽氣式熱電偶時(shí)，熱電偶在遮熱罩保護(hù)下輻射散熱減少，抽氣作用可增加對(duì)流換熱，減少測(cè)量誤差。為使遮熱罩能對(duì)熱電偶有效地起屏蔽作用，s/d應(yīng)大于2~2.2。遮熱板的幾個(gè)應(yīng)用：（4）用于提高溫度測(cè)量的準(zhǔn)確度四多個(gè)灰體表面組成封閉系統(tǒng)時(shí)的輻射傳熱

網(wǎng)絡(luò)法：在由多個(gè)灰表面組成的輻射換熱系統(tǒng)中，利用輻射熱阻的概念，可以給出輻射換熱系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)圖。3個(gè)灰表面間的輻射網(wǎng)絡(luò)4個(gè)灰表面間的輻射網(wǎng)絡(luò)（1）繪出輻射網(wǎng)絡(luò)圖四多個(gè)灰體表面組成封閉系統(tǒng)時(shí)的輻射傳熱網(wǎng)絡(luò)法：在由多個(gè)灰基爾霍夫定律：流入每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電流（熱流）的總和為零。三個(gè)灰體的情況：（2）列出節(jié)點(diǎn)的電流方程基爾霍夫定律：流入每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電流（熱流）的總和為零。三個(gè)灰例：已知：三個(gè)表面溫度T1,T2,T3；以及A1,A2,A3,ε1,ε2,

ε3,X1,2,X1,3,X2,3。求：每個(gè)表面的有效輻射J1,J2,J3和凈輻射熱量Φ1,Φ2,Φ3。

（3）求解代數(shù)方程組，計(jì)算各表面的有效輻射（4）計(jì)算每個(gè)表面的凈輻射傳熱量例：（3）求解代數(shù)方程組，計(jì)算各表面的有效輻射（4）計(jì)算每五三個(gè)表面封閉系統(tǒng)的兩種特殊情形（1）有一個(gè)表面為黑體表面黑體的表面熱阻為零，該表面的溫度一般是已知的。五三個(gè)表面封閉系統(tǒng)的兩種特殊情形（1）有一個(gè)表面為黑體表五三個(gè)表面封閉系統(tǒng)的兩種特殊情形（2）有一個(gè)表面為重輻射面表面絕熱，即該表面的凈換熱量為零。與黑體不同的是，此時(shí)該表面的溫度是未知的,并由其他兩個(gè)表面決定。同時(shí)，它仍然吸收和發(fā)射輻射，只是發(fā)出的和吸收的相等。由于熱輻射具有方向性，因此，他仍然影響其它表面的輻射換熱。這種表面溫度未定而凈輻射換熱量為零的表面被稱為重輻射面。五三個(gè)表面封閉系統(tǒng)的兩種特殊情形（2）有一個(gè)表面為重輻射8-6氣體輻射及其與包壁間的輻射傳熱本節(jié)將簡(jiǎn)要介紹氣體輻射的特點(diǎn)、換熱過(guò)程及其處理方法。在工程中常見(jiàn)的溫度范圍內(nèi)，CO2

和水蒸氣具有很強(qiáng)的吸收和發(fā)射熱輻射的本領(lǐng)，而其他的氣體則較弱。1氣體輻射的特點(diǎn)(1)氣體輻射對(duì)波長(zhǎng)具有選擇性。它只在某譜帶內(nèi)具有發(fā)射和吸收輻射的本領(lǐng)，而對(duì)于其他譜帶則呈現(xiàn)透明狀態(tài)。

CO2和H2O的主要吸收譜帶8-6氣體輻射及其與包壁間的輻射傳熱本節(jié)將簡(jiǎn)要介紹(2)氣體的輻射和吸收是在整個(gè)容積中進(jìn)行的。這是由于輻射可以進(jìn)入氣體，并在其內(nèi)部進(jìn)行傳遞，最后有一部分會(huì)穿透氣體而到達(dá)外部或固體壁面，因而，氣體的發(fā)射率和吸收比還與容器的形狀和容積大小有關(guān)。1氣體輻射的特點(diǎn)光譜輻射穿過(guò)氣體層時(shí)的衰減

(2)氣體的輻射和吸收是在整個(gè)容積中進(jìn)行的。1氣體輻射的當(dāng)熱輻射進(jìn)入吸收性氣體層時(shí)，因沿途被氣體吸收而衰減。為了考察輻射在氣體內(nèi)的衰減規(guī)律，假設(shè)投射到氣體界面x=0處的光譜輻射強(qiáng)度為，通過(guò)一段距離x后，該輻射變?yōu)?。再通過(guò)微元?dú)怏w層dx后，其衰減量為。理論上已經(jīng)證明，與行程dx成正比，設(shè)比例系數(shù)為，則有2氣體輻射的衰減規(guī)律當(dāng)熱輻射進(jìn)入吸收性氣體層時(shí)，因沿途被氣體吸收而衰減。為了考察式中，負(fù)號(hào)表示吸收，為光譜衰減系數(shù)，單位為m-1，它取決于氣體的種類、密度和波長(zhǎng)。對(duì)上式進(jìn)行積分可得即貝爾（Beer）定律式中，s是輻射通過(guò)的路程長(zhǎng)度，常稱之為射線程長(zhǎng)。從上式可知，熱輻射在氣體內(nèi)呈指數(shù)規(guī)律衰減。2氣體輻射的衰減規(guī)律式中，負(fù)號(hào)表示吸收，為光譜衰減系數(shù)，單位為m-1，3氣體輻射的光譜吸收比、光譜發(fā)射率貝爾公式可以寫(xiě)為光譜穿透比對(duì)于氣體，根據(jù)基爾霍夫定律，光譜發(fā)射率為3氣體輻射的光譜吸收比、光譜發(fā)射率貝爾公式可以寫(xiě)為光譜穿透工程中作為關(guān)心的是確定氣體所有譜帶內(nèi)輻射能量的總和。于是需要首先確定氣體的發(fā)射率，然后利用計(jì)算氣體的發(fā)射輻射。而由于氣體的容積輻射特性，與射線程長(zhǎng)關(guān)s系密切，而s取決于氣體容積的形狀和尺寸。為了使射線程長(zhǎng)均勻，人們引入了當(dāng)量半球的概念，將不是球形的容積等效為半球，則其半徑就是等效的射線程長(zhǎng)。在缺少資料的情況下，任意幾個(gè)形狀氣體對(duì)整個(gè)包壁的平均射線程長(zhǎng)可按下式計(jì)算：式中，V為氣體容積，m3；A為包壁面積，m2。4氣體的發(fā)射率工程中作為關(guān)心的是確定氣體所有譜帶內(nèi)輻射能量的總和。于是需要?dú)怏w對(duì)不同地區(qū)的輻射半球內(nèi)氣體對(duì)球心的輻射4氣體的發(fā)射率氣體對(duì)不同地區(qū)的輻射半球內(nèi)氣體對(duì)球心的輻射4氣體的發(fā)射率除了與s有關(guān)外，還與氣體的溫度和氣體得分壓力有關(guān)：利用上面的關(guān)系，可以采用試驗(yàn)獲得。CO2的圖分別是8-40和圖8-424氣體的發(fā)射率H2O的圖分別是8-39和圖8-41除了與s有關(guān)外，還與氣體的溫度和氣體得分壓力有關(guān)：利用上當(dāng)氣體中同時(shí)存在二氧化碳和水蒸氣時(shí)，氣體的發(fā)射率由下式給出:式中，是修正量，由圖8-43給出。4氣體的發(fā)射率當(dāng)氣體中同時(shí)存在二氧化碳和水蒸氣時(shí)，氣體的發(fā)射率由下式給出:5氣體的吸收比式中修正系數(shù)和與發(fā)射率公式中的處理方法相同，而，和的確定可以采用下面的經(jīng)驗(yàn)公式5氣體的吸收比式中修正系數(shù)和在氣體發(fā)射率和吸收比確定后，氣體與黑體外殼之間的輻射換熱公式為:在氣體發(fā)射率和吸收比確定后，氣體與黑體外殼之間的輻射換熱公式小結(jié)輻射的本質(zhì)及特點(diǎn)；2概念的理解：黑體、灰體、漫射體、發(fā)射率、黑度、有效輻射、投入輻射、定向輻射度等；3熱輻射的基本定律；4角系數(shù)的概念及計(jì)算，輻射傳熱熱阻網(wǎng)絡(luò)；5灰體表面間的輻射傳熱計(jì)算；6遮熱板的原理及計(jì)算；7了解氣體輻射的特點(diǎn)。小結(jié)輻射的本質(zhì)及特點(diǎn)；思考題P2398-18-28-118-128-188-21例題①P2128-8②P2158-9③P2188-11④P2188-12思考題P2398-18-2作業(yè)8-28-138-30作業(yè)8-28-13第八章輻射傳熱1、重點(diǎn)內(nèi)容：

①熱輻射現(xiàn)象的基本概念；②黑體熱輻射的基本定律；③固體和液體的輻射特性；④實(shí)際物體對(duì)輻射能的吸收與輻射的關(guān)系；⑤角系數(shù)的定義及計(jì)算，輻射傳熱計(jì)算。2、掌握內(nèi)容：基本概念及定律。3、了解內(nèi)容：氣體輻射。第八章輻射傳熱1、重點(diǎn)內(nèi)容：8-1熱輻射的基本概念一熱輻射的本質(zhì)１、基本概念輻射：發(fā)射輻射能是各類物質(zhì)的固有特性。當(dāng)原子內(nèi)部的電子受溫和振動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生交替變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)，發(fā)出電磁波向空間傳播。熱輻射：由于自身溫度或熱運(yùn)動(dòng)的原因而激發(fā)產(chǎn)生的電磁波傳播。8-1熱輻射的基本概念一熱輻射的本質(zhì)2、特點(diǎn)：a）任何物體，只要溫度高于0K，就會(huì)不停地向周?chē)臻g發(fā)出熱輻射；b）不需要介質(zhì)，可以在真空中傳播；c）伴隨能量形式的轉(zhuǎn)變（熱力學(xué)能與輻射能）；d）具有強(qiáng)烈的方向性；e）輻射能與溫度和波長(zhǎng)均有關(guān)；f）發(fā)射輻射取決于溫度的4次方。8-1熱輻射的基本概念2、特點(diǎn)：8-1熱輻射的基本概念３、電磁波譜電磁輻射包含了多種形式，工業(yè)上有實(shí)際意義的熱輻射區(qū)域一般為0.1－100μm。8-1熱輻射的基本概念電磁波：交變電磁場(chǎng)在空間的傳播。與彈性介質(zhì)中的機(jī)械波不同，電磁波的傳播不需要介質(zhì)，且傳播速度等于光速。

電磁波傳播速度、頻率與波長(zhǎng)的關(guān)系：

c=νλ真空c＝3×108m/s頻率波長(zhǎng)３、電磁波譜電磁輻射包含了多種形式，工業(yè)上有實(shí)際意8-1熱輻射的基本概念電磁輻射波譜工業(yè)領(lǐng)域溫度范圍（<2000K）的熱射線:λ＝0.76～20μm可見(jiàn)光（λ＝0.38～0.76μm）;紅外線（λ＝0.76～1000μm;微波（λ＝1mm～1m）;計(jì)及太陽(yáng)輻射（5800K）的熱射線:λ＝0.1～100μm8-1熱輻射的基本概念電磁輻射波譜工8-1熱輻射的基本概念二吸收比、反射比和透射比

投入輻射：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)投射到單位面積物體表面上的全波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射能。Gw/m2

吸收輻射：G

W/m2

反射輻射：G

W/m2透射輻射：G

W/m2

8-1熱輻射的基本概念二吸收比、反射比和透射比投入一般：固、液對(duì)熱輻射是不透射的，即氣體幾乎無(wú)反射，即黑體（絕對(duì)黑體）：白體（絕對(duì)白體）：絕對(duì)透熱體：吸收比反射比透射比8-1熱輻射的基本概念一般：固、液對(duì)熱輻射是不透射的，即氣體幾乎無(wú)反射，即黑體8-1熱輻射的基本概念三輻射力和有效輻射

輻射力E：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，物體的單位表面積向半球空間發(fā)射的所有波長(zhǎng)的能量總和。(W/m2)實(shí)際物體的輻射力：投入輻射G：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)投射到單位面積上的總輻射能。有效輻射J：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)離開(kāi)單位面積的總輻射能為該表面的有效輻射，包括了自身的發(fā)射輻射E和反射輻射G。8-1熱輻射的基本概念三輻射力和有效輻射輻射力E：四定向輻射度

輻射面積：一表面在某一方向的可見(jiàn)輻射面積，它是該表面在該方向上的投影?？梢?jiàn)輻射面積平面角：用圓周定義，單位是rad（弧度）。四定向輻射度輻射面積：一表面在某一方向的可見(jiàn)輻射面積，8-1熱輻射的基本概念立體角：球面面積除以球半徑的平方，單位：sr(球面度)。dAs8-1熱輻射的基本概念立體角：球面面積除以球半徑的平方，

定向輻射度Lp：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，單位可見(jiàn)輻射面積在某一方向p的單位立體角內(nèi)所發(fā)出的輻射能（包括發(fā)射輻射和反射輻射）。8-1熱輻射的基本概念蘭貝特定律：黑體輻射的定向輻射度與方向無(wú)關(guān)。（余弦定律）Lp＝L＝constdΩ立體角內(nèi)的輻射力（定向輻射力）：定向輻射度Lp：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，單位可見(jiàn)輻射面積在某一方向8-1熱輻射的基本概念五漫射表面

鏡反射：反射角等于入射角。光滑的金屬表面,玻璃，塑料等。漫反射：被反射的輻射能均勻分布在各個(gè)方向上。粗糙的金屬表面近于漫射面。8-1熱輻射的基本概念五漫射表面鏡反射：反射角等于8-2黑體輻射的基本定律一黑體和黑體模型黑體是一種理想物體。人工黑體模型光譜輻射力Eλ：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，單位波長(zhǎng)范圍內(nèi)(包含某一給定波長(zhǎng))，物體的單位表面積向半球空間發(fā)射的能量。(W/m3)8-2黑體輻射的基本定律一黑體和黑體模型黑體是一種理式中，λ—波長(zhǎng)，m；

T—黑體溫度，K；c1=3.742×10-16Wm2；

c2=1.4388×10-2WK；（1）溫度愈高，同一波長(zhǎng)下的光譜輻射力愈大；（2）在一定的溫度下，黑體的光譜輻射力在某一波長(zhǎng)下具有最大值；（3）隨著溫度的升高，Eb取得最大值的波長(zhǎng)max愈來(lái)愈小，即在坐標(biāo)中的位置向短波方向移動(dòng)。特點(diǎn)：二普朗克（Planck）定律式中，λ—波長(zhǎng)，m；（1）溫度愈高，同一波長(zhǎng)下8-2黑體輻射的基本定律維恩（Wien）位移定律太陽(yáng)表面溫度約為5800K，由上式可求得max=0.5

m，位于可見(jiàn)光范圍內(nèi)，可見(jiàn)光占太陽(yáng)輻射能的份額約為44.6%。對(duì)于2000K溫度下黑體,可求得max=1.45

m，位于紅外線范圍內(nèi)。8-2黑體輻射的基本定律維恩（Wien）位移定律8-2黑體輻射的基本定律三斯忒藩—玻耳茲曼定律式中b

=5.67×10-8W/(m2K4)，稱為斯忒藩-玻耳茲曼常數(shù)，又稱為黑體輻射常數(shù)。cb=5.67W/(m2K4)，黑體輻射系數(shù)。（四次方定律）8-2黑體輻射的基本定律三斯忒藩—玻耳茲曼定律黑體輻射函數(shù)黑體在波長(zhǎng)λ1和λ2區(qū)段內(nèi)所發(fā)射的輻射力特定波長(zhǎng)區(qū)段內(nèi)的黑體輻射力黑體輻射函數(shù)黑體在波長(zhǎng)λ1和λ2區(qū)段內(nèi)所發(fā)射的輻射力特定波長(zhǎng)１、Stefan-Boltzmann定律：描述黑體在某一溫度下向半球空間所有方向輻射的全部波長(zhǎng)的能量，即對(duì)方向和波長(zhǎng)都積分的結(jié)果；２、Planck定律：描述黑體在某一溫度下向半球空間所有方向輻射的能量沿波長(zhǎng)分布的規(guī)律，即只對(duì)方向積分，但研究的是某一波長(zhǎng)；３、Lambert定律：描述黑體在某一溫度下所輻射的全部波長(zhǎng)的能量沿半球空間方向上的分布規(guī)律，即只對(duì)波長(zhǎng)積分，但研究的是某一方向。黑體輻射定律小結(jié)１、Stefan-Boltzmann定律：描述黑體在某一溫度8-3實(shí)際物體和灰體的輻射一實(shí)際物體1發(fā)射特性黑體的發(fā)射特性：同溫度下，黑體發(fā)射熱輻射的能力最強(qiáng)，包括所有方向和所有波長(zhǎng)；真實(shí)物體表面的發(fā)射能力低于同溫度下的黑體；發(fā)射率

(也稱為黑度)

：相同溫度下，實(shí)際物體的半球總輻射力與黑體半球總輻射力之比:發(fā)射率反映了物體發(fā)射輻射能的能力的大小。8-3實(shí)際物體和灰體的輻射一實(shí)際物體發(fā)射率反映了物體發(fā)8-3實(shí)際物體和灰體的輻射光譜輻射力隨波長(zhǎng)的變化光譜發(fā)射力隨波長(zhǎng)的變化上面公式只是針對(duì)方向和光譜平均的情況，但實(shí)際上，真實(shí)表面的發(fā)射能力是隨方向和光譜變化的。光譜發(fā)射率：實(shí)際物體的光譜輻射力與同溫度下黑體的光譜輻射力之比。8-3實(shí)際物體和灰體的輻射光譜輻射力隨波長(zhǎng)的變化光譜發(fā)射定向發(fā)射率（定向黑度）定向發(fā)射率（定向黑度）幾種非導(dǎo)電體材料在不同方向上的定向發(fā)射率（θ）（t=0~93.3℃）幾種非導(dǎo)電體材料在不同方向上的定向發(fā)射率影響物體發(fā)射率的因素物體表面的發(fā)射率取決于物質(zhì)種類、表面溫度和表面狀況。發(fā)射率只與發(fā)射輻射的物體本身有關(guān)，而不涉及外界條件。影響物體發(fā)射率的因素黑體、灰體、白體等都是理想物體，而實(shí)際物體的輻射特性并不完全與這些理想物體相同，比如：(1)實(shí)際物體的輻射力與黑體和灰體的輻射力有差別；(2)實(shí)際物體的輻射力并不完全與熱力學(xué)溫度的四次方成正比；(3)實(shí)際物體的定向輻射強(qiáng)度也不嚴(yán)格遵守Lambert定律等等。所有這些差別全部歸于發(fā)射率（黑度），因此，它們一般需要實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。黑體、灰體、白體等都是理想物體，而實(shí)際物體的輻射特性并不完全8-3實(shí)際物體和灰體的輻射2吸收特性物體輻射換熱熱輻射的發(fā)射熱輻射的吸收與溫度和表面狀況有關(guān)，與外界條件無(wú)關(guān)，是物性參數(shù)與外界條件有關(guān)選擇性吸收：投入輻射本身具有光譜特性，因此，實(shí)際物體對(duì)投入輻射的吸收能力也根據(jù)其波長(zhǎng)的不同而變化。光譜吸收比（單色吸收比）：物體對(duì)某一特定波長(zhǎng)的輻射能所吸收的百分?jǐn)?shù)。光譜吸收比隨波長(zhǎng)的變化體現(xiàn)了實(shí)際物體的選擇性吸收的特性。8-3實(shí)際物體和灰體的輻射2吸收特性物體輻射換熱熱輻射8-3實(shí)際物體和灰體的輻射實(shí)際物體光譜吸收比與波長(zhǎng)的關(guān)系實(shí)際物體的選擇性吸收使得計(jì)算十分復(fù)雜（簡(jiǎn)化）灰體8-3實(shí)際物體和灰體的輻射實(shí)際物體光譜吸收比與波長(zhǎng)的關(guān)系8-3實(shí)際物體和灰體的輻射二灰體光譜輻射力隨波長(zhǎng)的變化光譜發(fā)射力隨波長(zhǎng)的變化實(shí)際物體發(fā)射率數(shù)值大小取決于材料的種類、溫度和表面狀況，通常由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。8-3實(shí)際物體和灰體的輻射二灰體光譜輻射力隨波長(zhǎng)的變與黑體類似，灰體也是一種假想的理想物體。對(duì)于大部分工程熱輻射問(wèn)題來(lái)講，溫度范圍300～2000K之間，光譜能量主要在紅外區(qū)域，灰體假設(shè)帶來(lái)的誤差是可以接受的。即對(duì)于大部分紅外波段的工程熱輻射問(wèn)題，可以將物體視為灰體。8-3實(shí)際物體和灰體的輻射引入漫射表面（體）的假設(shè)可忽略實(shí)際物體發(fā)射輻射能的空間分布特性，引入灰體的假設(shè)可忽略實(shí)際物體選擇性吸收投入輻射的特性。與黑體類似，灰體也是一種假想的理想物體。對(duì)于大部分工程熱輻射8-3實(shí)際物體和灰體的輻射三基爾霍夫定律平行平板輻射換熱兩板相距很近，從一塊板發(fā)出的輻射全部落到另一塊板上。板1為黑體表面：Eb、Tb板2為無(wú)透射的任意表面：ε、α、T當(dāng)系統(tǒng)處于熱平衡時(shí)，有基爾霍夫定律的表達(dá)式之一。該式說(shuō)明，在熱力學(xué)平衡狀態(tài)下，物體的吸收率等于它的發(fā)射率。8-3實(shí)際物體和灰體的輻射三基爾霍夫定律平行平板輻射上式具有如下限制：（1）整個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)；（2）如物體的吸收率和發(fā)射率與溫度有關(guān)，則二者只有處于同一溫度下的值才能相等；（3）投射輻射源必須是同溫度下的黑體。8-3實(shí)際物體和灰體的輻射（1）具有漫反射特性的灰體嚴(yán)格滿足基爾霍夫定律漫灰體（2）大多數(shù)工業(yè)領(lǐng)域溫度范圍內(nèi)（<2000K）的物體均可視為漫灰體。說(shuō)明：上式具有如下限制：8-3實(shí)際物體和灰體的輻射（1）具有漫8-3實(shí)際物體和灰體的輻射（3）研究物體表面對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收時(shí)不適用。大多數(shù)物體對(duì)于太陽(yáng)輻射可見(jiàn)光的吸收具有較強(qiáng)的選擇性，例白漆、黑漆常溫下發(fā)射率＝0.9，但是吸收比差異大。太陽(yáng)能集熱器；溫室效應(yīng)：暖房：玻璃對(duì)太陽(yáng)輻射具有強(qiáng)烈的選擇性吸收——大部分太陽(yáng)輻射（0.2～2μm）穿透玻璃，而內(nèi)部的物體熱輻射（≥3μm）穿透率低。地球：CO2、CFC制冷劑（R12等）對(duì)≥3μm的紅外波段吸收率高，而對(duì)于太陽(yáng)輻射穿透率高—溫室效應(yīng)。8-3實(shí)際物體和灰體的輻射（3）研究物體表面對(duì)太陽(yáng)輻射的8-4角系數(shù)表面間的輻射換熱與表面幾何形狀、大小和各表面的相對(duì)位置等幾個(gè)因素均有關(guān)系，這種因素常用角系數(shù)來(lái)考慮。角系數(shù)的概念是隨著固體表面輻射換熱計(jì)算的出現(xiàn)與發(fā)展，于20世紀(jì)20年代提出的，它有很多名稱，如形狀因子、可視因子、交換系數(shù)等等，但叫得最多的是角系數(shù)。值得注意的是，角系數(shù)只對(duì)漫射面(既漫輻射又漫反射)、表面的發(fā)射輻射和投射輻射均勻的情況下適用。一角系數(shù)8-4角系數(shù)表面間的輻射換熱與表面幾何形狀、大小8-4角系數(shù)角系數(shù)：表面1發(fā)射的輻射能落到表面2上去的百分?jǐn)?shù)，用符號(hào)X1,2表示。一角系數(shù)角系數(shù)的應(yīng)用是有一定限制條件的，即漫射面、等溫、物性均勻。角系數(shù)純系幾何因子，與物體性質(zhì)和溫度條件無(wú)關(guān)。8-4角系數(shù)角系數(shù)：表面1發(fā)射的輻射能落到一角系數(shù)8-4角系數(shù)確定角系數(shù)的方法（1）從角系數(shù)的定義出發(fā)直接計(jì)算；（2）積分法；（3）查曲線圖；（4）代數(shù)分析法；（5）投影法或幾何圖形法。8-4角系數(shù)確定角系數(shù)的方法φ1,2平行長(zhǎng)方形間的平均角系數(shù)φ1,2兩相互垂直且具有共同邊的長(zhǎng)方形間的角系數(shù)8-4角系數(shù)φ1,2平行長(zhǎng)方形間的平均角系數(shù)φ1,2兩相互垂直且具有共同8-4角系數(shù)φ1,2兩同軸平行圓盤(pán)間的角系數(shù)8-4角系數(shù)φ1,2兩同軸平行圓盤(pán)間的角系數(shù)8-4角系數(shù)三角系數(shù)的特性（1）相對(duì)性若表面1為非凹表面時(shí)，X1,1=0。角系數(shù)的完整性（2）完整性對(duì)于有n個(gè)表面組成的封閉系統(tǒng)，據(jù)能量守恒可得：8-4角系數(shù)三角系數(shù)的特性（1）相對(duì)性若8-4角系數(shù)注意：上圖中的表面2對(duì)表面1的角系數(shù)不存在上述的可加性。（3）可加性（分解性）角系數(shù)的可加性表面2可分為2a和2b兩個(gè)面，當(dāng)然也可以分為n個(gè)面，則角系數(shù)的可加性為8-4角系數(shù)注意：上圖中的表面2對(duì)表面1的角系數(shù)不存在上8-4角系數(shù)四用代數(shù)法求解角系數(shù)

注意：利用該方法的前提是系統(tǒng)一定是封閉的，如果不封閉可以做假想面，令其封閉。代數(shù)分析法：利用角系數(shù)的各種性質(zhì)，獲得一組代數(shù)方程，通過(guò)求解獲得角系數(shù)。8-4角系數(shù)四用代數(shù)法求解角系數(shù)注意：利用該六個(gè)方程可解的六個(gè)角系數(shù)值。三個(gè)表面組成的封閉系統(tǒng)8-4角系數(shù)例1：六個(gè)方程可解的六個(gè)角系數(shù)值。三個(gè)表面組成的封閉系統(tǒng)8-4例2：兩個(gè)非凹表面及假想面組成的封閉系統(tǒng)上述方法又被稱為交叉線法。注意：這里所謂的交叉線和不交叉線都是指虛擬面斷面的線，或者說(shuō)是輔助線。例2：兩個(gè)非凹表面及假想面組成的封閉系統(tǒng)上述方法又被8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱一組成輻射網(wǎng)絡(luò)的基本熱阻代入1表面輻射熱阻8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱一組成輻射網(wǎng)絡(luò)的基本8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱2空間輻射熱阻（幾何熱阻）黑表面1和2之間的輻射換熱量為8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱2空間輻射熱阻（幾何8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱二兩個(gè)灰體表面組成的封閉系統(tǒng)的輻射熱阻兩個(gè)物體組成的輻射換熱系統(tǒng)8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱二兩個(gè)灰體表面組成的8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱或：系統(tǒng)黑度εs8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱或：系統(tǒng)黑度εs三種特殊情形(1)表面1為凸面或平面，此時(shí)，X1,2＝1，于是(2)表面積A1比表面積A2小得多，即A1/A2

0于是(3)表面積A1與表面積A2相當(dāng)，即A1/A2

1于是三種特殊情形(1)表面1為凸面或平面，此時(shí)，X1,2＝1，8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱三遮熱板強(qiáng)化輻射換熱的主要途徑有兩種：增加發(fā)射率；（2）增加角系數(shù)。削弱輻射換熱的主要途徑有三種：（1）降低發(fā)射率；（2）降低角系數(shù)；（3）加入遮熱板。

為了減少兩表面之間的輻射換熱量，可在輻射表面之間設(shè)置輻射屏，即在平行平板之間插入一塊金屬薄板（遮熱板）。8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱三遮熱板強(qiáng)化輻射換熱8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱無(wú)遮熱板時(shí)有遮熱板時(shí)8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱無(wú)遮熱板時(shí)有遮熱板時(shí)8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱1.遮熱板的作用：

在整個(gè)輻射換熱中凈輻射換熱量為0，即遮熱板既不向原系統(tǒng)放出熱量，也不從中吸收熱量，只是在熱流通路中增大了原系統(tǒng)的熱阻，使換熱表面之間的輻射換熱受到阻礙。8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱1.遮熱板的作用：8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱已知：兩個(gè)大平板A1,A2，溫度T1,T2，發(fā)射率ε1,ε2，中間放置遮熱板T3(T3’

=T3’’)

,ε3’=ε3’’分析：無(wú)、有遮熱板時(shí)輻射換熱量的變化。（1）無(wú)遮熱板時(shí)：2.分析有無(wú)遮熱板時(shí)輻射換熱量的變化8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱已知：兩個(gè)大平板A1,8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱（2）有遮熱板時(shí)簡(jiǎn)化考慮：8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱（2）有遮熱板時(shí)簡(jiǎn)化考8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱（1）加1塊發(fā)射率與平板相同的遮熱板后，（2）加n塊發(fā)射率與平板相同的遮熱板后，（3）工程中選用反射率高，發(fā)射率小的材料做遮熱板，即：結(jié)論：8-5封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射傳熱（1）加1塊發(fā)射率遮熱板的幾個(gè)應(yīng)用：（1）在汽輪機(jī)中用于減少內(nèi)、外套管間的輻射換熱量；（2）應(yīng)用于儲(chǔ)存液態(tài)氣體的低溫容器對(duì)儲(chǔ)存液氮、液氧等容器，為了提高保溫效果，采用多層屏壁并抽真空。遮熱板用塑料薄膜制成，其上涂以反射比很大的金屬箔層。箔層厚度約0.01-0.5mm，箔間嵌以質(zhì)輕且導(dǎo)熱系數(shù)小的材料作分隔層，絕熱層中抽成高度真空。遮熱板的幾個(gè)應(yīng)用：（1）在汽輪機(jī)中用于減少內(nèi)、外套管間的輻射遮熱板的幾個(gè)應(yīng)用：（3）用于超級(jí)隔熱油管石油在地層下數(shù)千米，粘度大，開(kāi)采時(shí)需注射高溫高壓蒸汽使其粘度降低。為減少蒸汽散熱損失，可采用類似低溫保溫容器的多層遮熱板并抽真空。遮熱板的幾個(gè)應(yīng)用：（3）用于超級(jí)隔熱油管遮熱板的幾個(gè)應(yīng)用：（4）用于提高溫度測(cè)量的準(zhǔn)確度如使用裸露熱電偶測(cè)量高溫氣流的溫度，高溫氣流以對(duì)流方式把熱量傳給熱電偶，同時(shí)熱電偶又以輻射方式把熱量傳給溫度較低的容器壁。在熱平衡時(shí)，熱電偶溫度不再變化，此溫度為指示溫度，它必低于氣體的真實(shí)溫度。使用遮熱罩抽氣式熱電偶時(shí)，熱電偶在遮熱罩保護(hù)下輻射散熱減少，抽氣作用可增加對(duì)流換熱，減少測(cè)量誤差。為使遮熱罩能對(duì)熱電偶有效地起屏蔽作用，s/d應(yīng)大于2~2.2。遮熱板的幾個(gè)應(yīng)用：（4）用于提高溫度測(cè)量的準(zhǔn)確度四多個(gè)灰體表面組成封閉系統(tǒng)時(shí)的輻射傳熱

網(wǎng)絡(luò)法：在由多個(gè)灰表面組成的輻射換熱系統(tǒng)中，利用輻射熱阻的概念，可以給出輻射換熱系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)圖。3個(gè)灰表面間的輻射網(wǎng)絡(luò)4個(gè)灰表面間的輻射網(wǎng)絡(luò)（1）繪出輻射網(wǎng)絡(luò)圖四多個(gè)灰體表面組成封閉系統(tǒng)時(shí)的輻射傳熱網(wǎng)絡(luò)法：在由多個(gè)灰基爾霍夫定律：流入每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電流（熱流）的總和為零。三個(gè)灰體的情況：（2）列出節(jié)點(diǎn)的電流方程基爾霍夫定律：流入每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電流（熱流）的總和為零。三個(gè)灰例：已知：三個(gè)表面溫度T1,T2,T3；以及A1,A2,A3,ε1,ε2,

ε3,X1,2,X1,3,X2,3。求：每個(gè)表面的有效輻射J1,J2,J3和凈輻射熱量Φ1,Φ2,Φ3。

（3）求解代數(shù)方程組，計(jì)算各表面的有效輻射（4）計(jì)算每個(gè)表面的凈輻射傳熱量例：（3）求解代數(shù)方程組，計(jì)算各表面的有效輻射（4）計(jì)算每五三個(gè)表面封閉系統(tǒng)的兩種特殊情形（1）有一個(gè)表面為黑體表面黑體的表面熱阻為零，該表面的溫度一般是已知的。五三個(gè)表面封閉系統(tǒng)的兩種特殊情形（1）有一個(gè)表面為黑體表五三個(gè)表面封閉系統(tǒng)的兩種特殊情形（2）有一個(gè)表面為重輻射面表