注冊化學(xué)工程師 三種傳熱方式的分析計算

第二節(jié)三種傳熱方式的分析計算4.2三種傳熱方式的分析計算根據(jù)傳熱機(jī)理的不同，熱的傳遞有三種基本方式，即熱傳導(dǎo)、對流傳熱和輻射傳熱。熱量傳遞可以其中一種方式進(jìn)行，也可以二種或三種方式同時進(jìn)行。在無外功輸入時，凈的熱流方向總是由高溫處向低溫處流動。4.2.1熱傳導(dǎo)熱量不依靠宏觀混合運(yùn)動而從物體中的高溫區(qū)向低溫區(qū)移動的過程叫熱傳導(dǎo)，簡稱導(dǎo)熱。物體或系統(tǒng)內(nèi)各點(diǎn)間的溫度差是熱傳導(dǎo)的必要條件。熱傳導(dǎo)在固體、液體和氣體中都可以發(fā)生，其中在固體中的熱傳導(dǎo)最為典型。描述熱傳導(dǎo)現(xiàn)象的物理定律為傅里葉定律(Fourier'sLaw),其數(shù)學(xué)表達(dá)式為式中:為導(dǎo)熱速率，即單位時間傳導(dǎo)的熱，W；S為等溫表面的表面積壯，入為比例系數(shù)，稱為導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m2?℃)。式4.2-1中的負(fù)號表示熱傳導(dǎo)服從熱力學(xué)第二定律，即熱通量的方向與溫度梯度的方向相反，也即熱量朝著溫度下降的方向傳遞。導(dǎo)熱系數(shù)在數(shù)值上等于單位溫度梯度下的熱通量。導(dǎo)熱系數(shù)入表征了物質(zhì)導(dǎo)熱能力的大小，是物質(zhì)的物理性質(zhì)之一。導(dǎo)熱系數(shù)的大小和物質(zhì)的形態(tài)、組成、密度、溫度及壓力有關(guān)。各種物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)通常用實(shí)驗(yàn)方法測定。一般來說，金屬的導(dǎo)熱系數(shù)最大，非金屬固體次之，液體較小，氣體最小。1．平壁熱傳導(dǎo)(1)單層平壁熱傳導(dǎo)假設(shè)材料均勻，導(dǎo)熱系數(shù)不隨溫度變化，或可取平均值；平壁內(nèi)的溫度僅沿垂直于平壁的方向變化，即等溫面垂直于傳熱方向；平壁面積與平壁厚度相比很大，故可以忽略熱損失。這是最簡單的定態(tài)、一維、平壁熱傳導(dǎo)，則有竽(即—電)=半 (4.2-2)式中：b為平壁厚度，m；△土為溫度差，導(dǎo)熱推動力，℃；R為導(dǎo)熱熱阻"「"上式4.2-2適用于入為常數(shù)的定態(tài)熱傳導(dǎo)過程。在工程計算中，對于各處溫度不同的固體，其導(dǎo)熱系數(shù)可以取固體兩側(cè)面溫度下入值的算術(shù)平均值?？梢钥闯?，導(dǎo)熱距離愈大，傳熱面積和導(dǎo)熱系數(shù)愈小，則導(dǎo)熱熱阻愈大。式4.2-2表明導(dǎo)熱速率與導(dǎo)熱推動力成正比，與導(dǎo)熱熱阻成反比，即IQ="%*=半==過程傳遞速率45 1該式與電學(xué)中的歐姆定律相比，形式完全類似?？梢岳秒妼W(xué)中串、并聯(lián)電阻的計算辦法類比計算復(fù)雜導(dǎo)熱過程的熱阻。(2)多層平壁的熱傳導(dǎo)在多層平壁定態(tài)熱傳導(dǎo)時，除了與單層平壁熱傳導(dǎo)一樣的假設(shè)外，還假設(shè)層與層之間接觸良好，即互相接觸的兩表面溫度相同。若各表面溫度分別為t1、t2、t3、tj?，且t1〉t2〉t3〉t4>…，則通過各層平壁截面的導(dǎo)熱速率必相等：Q1=Q2=Q3=Q4—=Q。由此得出其熱傳導(dǎo)速率方程式為i表示平壁的序號。由式4.2-3可見，多層平壁熱傳導(dǎo)的總推動力為各層溫度差之和，即總溫度差；總熱阻為各層熱阻之和。應(yīng)予指出，在多層平壁的計算中，不同材料構(gòu)成的層與層界面之間可能出現(xiàn)明顯的溫度降低。這種溫度變化是由于表面粗糙不平而產(chǎn)生接觸熱阻的緣故。接觸熱阻與接觸面材料、表面粗糙度及接觸面上壓力等因素有關(guān)，目前主要依靠實(shí)驗(yàn)測定。【例4.2-1】某平壁燃燒爐由一層400mm厚的耐火磚和一層200mm厚的絕緣磚砌成，操作穩(wěn)定后，測得爐的內(nèi)表面溫度為1500℃，外表面溫度為100℃，試求導(dǎo)熱的熱通量及兩磚間的界面溫度。設(shè)兩磚接觸良好，已知耐火磚的導(dǎo)熱系數(shù)為「一: 絕緣磚的導(dǎo)熱系數(shù)為r1?兩式中的t可分別取為各層材料的平均溫度。解：此為兩層平壁熱傳導(dǎo)問題，定態(tài)導(dǎo)熱時，通過各層平壁截面的傳熱速率相等，Q\=QQ\=Q『Q二九5二y式申A]工0.8式申A]工0.8中0.0006f=0,8+0.0006x]500+Az=0J-b0.(XX)3f=0.3-f0.0003x2100+I=1.25+0.0003/.二0,315+0.000⑸(125+0,000丸)綜竽工?！0.引5+5000心"匕點(diǎn)挈d,1*1" V*■解之得”"小976%Aj-1.25+0,0003^1.25+0.0003x976蘭L5428陰/(m?霓)的傳熱面積應(yīng)采用各自的對數(shù)平均面積。熱傳導(dǎo)Q/$"「」「=1.5428工1黑U匹=2021,1W/nr\j2.圓筒壁化工生產(chǎn)中，經(jīng)常遇到圓筒壁的熱傳導(dǎo)問題，它與平壁熱傳導(dǎo)的不同之處在于圓筒壁的傳熱面積熱傳導(dǎo)Q/$"「」「=1.5428工1黑U匹=2021,1W/nr\j2.圓筒壁化工生產(chǎn)中，經(jīng)常遇到圓筒壁的熱傳導(dǎo)問題，它與平壁熱傳導(dǎo)的不同之處在于圓筒壁的傳熱面積和熱通量不再是常量，而是隨半徑而變，同時溫度也隨半徑而變，但傳熱速率在穩(wěn)態(tài)時依然是常量。與單層平壁的熱傳導(dǎo)類似，可得(4.2-4)式4.2-4即為單層圓筒壁的熱傳導(dǎo)速率方程。其中色二2rt'=2叮巾工(425)<4.2-6)式中：，?為圓筒壁的對數(shù)平均半徑，m；Sm為圓筒壁的內(nèi)外表面的對數(shù)平均面積m2應(yīng)予指出，當(dāng)r2/r1W2時，上述各式中的對數(shù)平均值可用算術(shù)平均值代替。像多層平壁一樣，也可以將串聯(lián)熱阻的概念應(yīng)用于多層圓筒壁，其解為二 仁仁一g瓦Y111rMA:5:l; ￡MRrf表示圓筒壁的序號。(4.2-7)式中：下標(biāo)i多層圓筒壁熱傳導(dǎo)的總推動力亦為總溫度差，總熱阻亦為各層熱阻之和，只是計算各層熱阻所用【例4-2.2】蒸汽管道外包扎有兩層導(dǎo)熱系數(shù)不同而厚度相同的絕熱層，設(shè)外層的平均直徑為內(nèi)層的2倍，其導(dǎo)熱系數(shù)也為內(nèi)層的2倍。若將兩層材料位置互換，而假定其他條件不變，試問每米管長的熱損失將改變多少？說明在本題情況下，哪一種材料包扎在內(nèi)層較為合適？解：兩層材料位置互換前：設(shè)外層平均直臣為dg,內(nèi)層平均直徑為&2則-A：l-2d血，上］:2Al由熱傳導(dǎo)速率方程得力 之___ △/ △E%］工"不二§-―左一「卜mTOC\o"1-5"\h\z%工"%九77或/十%…2%工 ：小兩層材料位置互換后：q?=:力_4 衛(wèi) r.r wa ■■一2\?izd.y\L'i?代Q：n］L A?于是=J.25即Q、L25Q兩層材料位置互換后，單位管長熱損失增加，說明在本題情況下，導(dǎo)熱系數(shù)小的材料放在內(nèi)層較合適。4.2.2對流傳熱對流傳熱是由流體內(nèi)部各部分質(zhì)點(diǎn)發(fā)生宏觀運(yùn)動而引起的熱量傳遞過程，因而對流傳熱只能發(fā)生在有流體流動的場合。在化工生產(chǎn)中，通常將流體與固體壁面之間的傳熱稱為對流傳熱過程，將熱、冷流體通過壁面之間的傳熱稱為熱交換過程，簡稱傳熱過程。1．對流傳熱速率方程和對流傳熱系數(shù)根據(jù)傳遞過程普遍關(guān)系，壁面與流體間（或反之）的對流傳熱速率也應(yīng)該等于推動力和阻力之比。若以流體和壁面間的對流傳熱為例，對流傳熱速率方程可以用牛頓冷卻定律表示為為平均對流傳熱系數(shù)，W/（m<℃）；S為總傳熱面積m>4t為流體與壁面（或反之）之間溫度差的平均值，?！?1/aS為對流傳熱熱阻，?！?W。對流傳熱系數(shù)在數(shù)值上等于單位溫度差下、單位傳熱面積的對流傳熱速率，其單位為W/(m2?℃),它反映了對流傳熱的快慢，a愈大表示對流傳熱愈快。對流傳熱系數(shù)a不是流體的物理性質(zhì)，而是受諸多因素影響的一個系數(shù)，反映對流傳熱熱阻的大小。牛頓冷卻定律表達(dá)了復(fù)雜的對流傳熱問題，實(shí)質(zhì)上是將矛盾集中到對流傳熱系數(shù)a,因此研究各種情況下a的大小、影響因素及a的計算式，成為研究對流傳熱的核心。根據(jù)對流傳熱機(jī)理，當(dāng)流體流過固體壁面時，壁面附近的流體會形成邊界層。就熱阻而言，邊界層中層流內(nèi)層的熱阻占總對流傳熱熱阻的大部分，因此，減薄滯流內(nèi)層的厚度是強(qiáng)化對流傳熱的主要途徑。2．對流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式對流傳熱系數(shù)a反映了對流傳熱的快慢，且a愈大表示對流傳熱愈快。對流傳熱系數(shù)的計算成為解決對流傳熱的關(guān)鍵。求算對流傳熱系數(shù)的方法有兩種：即理論方法和實(shí)驗(yàn)方法。由于過程的復(fù)雜性，對于工程上遇到的對流傳熱仍依賴于實(shí)驗(yàn)方法。根據(jù)流體在傳熱過程中的狀態(tài)，對流傳熱可分為兩類：①流體無相變的對流傳熱，包括強(qiáng)制對流(強(qiáng)制層流和強(qiáng)制湍流)、自然對流；②流體有相變的對流傳熱，包括蒸氣冷凝和液體沸騰等形式的傳熱過程。表4.2-1列出了對流系數(shù)關(guān)聯(lián)式中各準(zhǔn)數(shù)的名稱、符號和含義。^4.2-1準(zhǔn)數(shù)的名稱、符號和含義疥號畬交勢寒樂杼數(shù)至親可不流傳熱菜觸的雅威雷博取加塞東慣性》與菌性力t比，是表征電瞰伏態(tài)拈唯數(shù)—當(dāng)Fr苧*加建度辿界層NI熱.這界后相可厚度EJf個遇數(shù).■映與一勒有關(guān)的焦他構(gòu)性格拉斯晉夫政0苦爾由海—塞弓1起的由力一船性力—比1)流體無相變時的對流傳熱系數(shù)(1)流體在管內(nèi)作強(qiáng)制對流時以流體在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制湍流為例，當(dāng)流體為低黏度流體時，可應(yīng)用迪特斯(Dittus)-貝爾特(Boelter)關(guān)聯(lián)式：許可一0,023/3FT或 陽總學(xué)廣(判" (42%

式中的n值視熱流方向而定，當(dāng)流體被加熱時，n=0.4；當(dāng)流體被冷卻時，n=0.3。10000,0.7 12Q?-p為管長—若4<60,應(yīng)用范圍： '''需考慮傳熱進(jìn)行校正。進(jìn)口段對的影響，此時可將由式4。2-9-’求得的口值乘以進(jìn)行校正。特性尺寸：管內(nèi)徑d。定性溫度：流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值。若流體為高黏度流體，則可應(yīng)用西德爾（Sieder）-泰特（Tate）關(guān)聯(lián)式：或(?^0,027(4.2-10)或(?^0,027式中的也是考慮熱流方向的校正項(xiàng)。為壁面溫度下流體的黏度。應(yīng)用范圍:flf>10000.0,應(yīng)用范圍:flf>10000.0,卜60口特性尺寸：管內(nèi)徑.定性溫度：除6取壁溫外，均取流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值。式中引入力都是為了校正熱流方向?qū)的影響。當(dāng)液體被加熱時，取'「'」""’；液體被冷卻時，取白…‘,」,文；.對氣體，則不論加熱或冷卻，均??；流體在管內(nèi)作其他形式的流動可查閱相關(guān)手冊，這里從略。至于流體在非圓形管內(nèi)作強(qiáng)制對流，只要將管內(nèi)徑改為當(dāng)量直徑de,則仍可采用相應(yīng)的各關(guān)聯(lián)式?！纠?.2-3】水以1.5m/s的流速在長為3m、直徑為的管內(nèi)由200C加熱至40℃，試求水與管壁之間的對流傳熱系數(shù)。解：水的定性溫度為八斗與八斗與20+4030時查得30℃時水的物性為,.7=995.? =S0,07w10'5Pa*s,A-0^176七），巧=5.心則 七一￡干工。：券索注夥”=3.73m“（溫流）聾80.U7x11）k焉"50應(yīng)展、件及，值均在式4.2-91的!逆用范圍內(nèi)做再采用式429a近似I嘟必水被加熱，取八工人明于是得京=6您上城"P嚴(yán)工0.023M喇空x373羯1爐產(chǎn)?⑸42產(chǎn)2 0.02',''"''!,"'：' （2）流體在管外作強(qiáng)制對流當(dāng)流體在管束外作強(qiáng)制垂直流動時，其平均對流傳熱系數(shù)可分別用下式計算：對于錯列管束陽廣：0，.33M垂冷…對于直列管束的二0.26叱榕 （4.2-jla）應(yīng)用范圍,力網(wǎng)■:特性尺寸：管外徑,流速：取流體通過每排管子中最狹窄通道處的速度。定性溫度：流體進(jìn)出口溫度的算術(shù)平均值。管束排數(shù)應(yīng)為10，否則應(yīng)乘以修正系數(shù)。當(dāng)流體在換熱器的管間流動時，對于常用的列管式換熱器，當(dāng)換熱器內(nèi)裝有圓缺形擋板（缺口面積約為25%的殼體內(nèi)截面積）時，殼方流體的對流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式為坳2著.“產(chǎn)區(qū) （42⑵事由出需要指出，對不同的對流傳熱要會選用相應(yīng)的關(guān)聯(lián)式，在使用關(guān)聯(lián)式時必須注意關(guān)聯(lián)式的應(yīng)用范圍、特性尺寸和定性溫度?！纠?.2-4】常壓空氣在殼程裝有圓缺形擋板的列管換熱器殼程流過。已知管子尺寸為".正方形排列，中心距為51mm擋板距離為1.45m，換熱器外殼內(nèi)徑為2.8m，空氣3yr流量為4X104叫―，其平均溫度為140℃,試求空氣的對流傳熱系數(shù)。解：查得140℃時空氣的物性為p=0.85^k即J1<-,,,=1013J/1（kg*七）t/l士2.37乂IT，Pa”，A二Q.OM9加小w七），為上0,例召

空氣的對流傳熱系數(shù)采用式4.2-12計算，即油湍0,36/fe化幻*或心咽等廠M時”傳熱當(dāng)量直徑d?？筛鶕?jù)管子排列情況進(jìn)行計算。管子為正方形排列，則代入相鄰兩管的中心距t和管外徑’：得式4。2-12中的流速代入相鄰兩管的中心距t和管外徑’：得式4。2-12中的流速u可根據(jù)流體流過管間最大截面積A計算，即代人兩擋板間的距離z、換熱器的外殼內(nèi)徑D、t和do得-)=L45x2.8x(1-^7)-1.035、1.t 'v-1JD1廣4xIQ13600x1.034xIQ13600x1.0310.74上述式中的對氣體可取為1.0。則由計算可知，一般氣體的對流傳熱系數(shù)都比較小。2)流體有相變時的對流傳熱系數(shù)有相變的對流傳熱具有對流傳熱系數(shù)高和恒溫的特點(diǎn)。其包括蒸氣冷凝傳熱和液體沸騰傳熱。(1)蒸氣冷凝傳熱當(dāng)蒸氣處于比其飽和溫度為低的環(huán)境中時，將發(fā)生冷凝現(xiàn)象。蒸氣冷凝主要有膜狀冷凝和滴狀冷凝兩種方式。進(jìn)行冷凝計算時，通?？偸菍⒗淠暈槟罾淠?？膜狀冷凝時的對流傳熱系數(shù)是采用努塞爾特首先提出的努塞爾特(Nusselt)理論公式。對蒸氣在垂直管外或垂直平板側(cè)的冷凝，可推得努塞爾特理論公式，即特性尺寸：取垂直管或板的高度。%-,1匕定性溫度：除蒸氣冷凝熱取其飽和溫度下的值外，其余物性均取液膜平均溫度","'下的值。應(yīng)予指出，努塞爾特理論公式適用于膜內(nèi)液體為層流、溫度分布為直線的垂直平板或垂直管內(nèi)外冷凝時對流傳熱系數(shù)的求算。從滯流到湍流的臨界Re值一般可取為1800。實(shí)際上，在雷諾數(shù)低至30或40時，液膜即出現(xiàn)了波動，使實(shí)際的值較理論值為高，麥克亞當(dāng)斯建議應(yīng)將計算結(jié)果提高20%，即麥克亞當(dāng)斯(McAdams)修正公式為當(dāng)液膜呈現(xiàn)湍流流動時可應(yīng)用柯克柏瑞德(Kirkbride)的經(jīng)驗(yàn)公式計算。式中的定性溫度仍取液膜的平均溫度。當(dāng)Re值增加時，對滯流，，?,值減小；而對湍流，，??值增大。對于蒸氣在單根水平管外的層流膜狀冷凝，努塞爾特曾經(jīng)獲得下述關(guān)聯(lián)式：式中定性尺寸為管外徑do。若水平管束在垂直列上的管數(shù)為n，則冷凝傳熱系數(shù)可用凱恩(Kem)公式計算，即單組分飽和蒸氣冷凝時，氣相內(nèi)溫度均勻，都是飽和溫度，故熱阻集中在冷凝液膜內(nèi)。因此對一定的組分，液膜的厚度及其流動狀況是影響冷凝傳熱的關(guān)鍵因素。凡是有利于減薄液膜厚度的因素都可提高冷凝傳熱系數(shù)。這些因素有冷凝液膜兩側(cè)的溫度差、流體物性、蒸氣的流速和流向、蒸氣中不凝氣體含量的影響和冷凝壁面的影響。此外，冷凝壁面的表面情況對傳熱系數(shù)的影響也很大?！纠?.2-5】將長和寬均為0.4m的垂直平板置于常壓飽和水蒸氣中，板面溫度為98℃,試計算平板與蒸氣之間的傳熱速率及蒸氣冷凝速率。解：水的定性溫度為查得99℃時水的物性為p=958.5kg/n?■,=4220J/(kg,Y)/二%.41乂10-'Pu'1nJ土0儂3W/5七)田二L7&：，一口 —…一”「二2258kj/kg,<>,.=0,597kg/m\查得100℃時飽和蒸汽的物性為 ’?, ■對于此類問題，由于流型未知，故需迭代求解。首先假定冷凝液膜為層流，由4.2-13式得由對流傳熱速率方程計算傳熱速率，即由對流傳熱速率方程計算傳熱速率，即Q土也匕一兒)=H6793xO.4xO.4x(100-98)=4697W核算冷凝液流型。冷凝液的質(zhì)量流率為「￥=|需=2加獷.單位長度潤濕周邊上的凝液質(zhì)量流率為IF2.08xIO'3IF2.08xIO'3-2,6x10",kg/fm1s)融:生=^^^=36.641800“ 28.41x10,故假定冷凝液膜為層流是正確的。(2)液體沸騰傳熱所謂液體沸騰是指在液體的對流傳熱過程中，伴有由液相變?yōu)闅庀?，即在液相?nèi)部產(chǎn)生氣泡或氣膜的過程。工業(yè)上的液體沸騰主要有兩種：其一是將加熱表面浸入液體的自由表面之下，液體在壁面受熱沸騰時，液體的運(yùn)動僅緣于自然對流和氣泡的擾動，稱之為池內(nèi)沸騰；其二是液體在管內(nèi)流動過程中于管內(nèi)壁發(fā)生的沸騰，稱為流動沸騰，或強(qiáng)制對流沸騰，亦稱為管內(nèi)沸騰，此時液體的流速對傳熱速率有強(qiáng)烈的影響，其傳熱機(jī)理要較池內(nèi)沸騰復(fù)雜得多。無論是池內(nèi)沸騰，還是強(qiáng)制對流沸騰又均可分為過冷沸騰和飽和沸騰。池內(nèi)飽和沸騰為主要討論內(nèi)容。△f士￡一?池內(nèi)沸騰時，熱通量的大小取決于加熱壁面溫度與液體飽和溫度之差" f池內(nèi)沸騰時的熱通量q、對流傳熱系數(shù)a與At之間的關(guān)系曲線稱為液體沸騰曲線。如圖4.2-1所示。由水的沸騰曲線分析得知，液體沸騰分三個階段，即自然對流、泡核沸騰或泡狀沸騰和膜狀沸騰。由于泡核沸騰時可獲得較高的對流傳熱系數(shù)和熱通量，故工程上總是設(shè)法控制在泡核沸騰下操作。液體沸騰傳熱的影響因素有液體性質(zhì)、溫度差△=、操作壓力和加熱壁面等。由于沸騰傳熱的機(jī)理十分復(fù)雜，目前還沒有適當(dāng)?shù)睦碚摴娇梢悦枋稣麄€沸騰傳熱過程，故其傳熱系數(shù)的計算仍主要借助于經(jīng)驗(yàn)公式。飛/陸:珥閏城飛/陸:珥閏城圖42」水的沸相曲線4.2.3輻射傳熱因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞稱為熱輻射。熱輻射與熱傳導(dǎo)和熱對流的最大區(qū)別就在于它可以在完全真空的地方傳遞而無需任何介質(zhì)。熱輻射的另一個特征是不僅產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)移，而且還伴隨著能量形式的轉(zhuǎn)換。輻射傳熱是物體間相互輻射和吸收能量的總結(jié)果。應(yīng)予說明的是，任何物體只要在絕對零度以上，都能發(fā)射輻射能，但僅當(dāng)物體間的溫度差較大時，輻射傳熱才能成為主要的傳熱方式。熱輻射和光輻射的本質(zhì)完全相同，所不同的僅僅是波長的范圍。熱射線和可見光線一樣，都服從反射和折射定律，在均勻介質(zhì)中作直線傳播，在真空和大多數(shù)氣體中可以完全透過，但不能透過工業(yè)上常見的大多數(shù)固體或液體。1．基本概念和定律假設(shè)投射在某一物體上的總輻射能量為Q,其中有一部分能量QA被吸收，一部分能量QR被反射，另一部分能量Q透過物體。根據(jù)能量守恒定律，可得A+R+D=l。D4=Q.Z為物體的吸收率.A=為物體反射率㈤=Q"?為物體的透過率。(1)黑體、鏡體、透熱體和灰體能全部吸收輻射能的物體，即A=l的物體，稱為黑體或絕對黑體。能全部反射輻射能的物體，即R=l的物體，稱為鏡體或絕對白體。能透過全部輻射能的物體，即D=1的物體，稱為透熱體。黑體和鏡體都是理想物體，實(shí)際上并不存在。引入黑體等．的概念，可作為實(shí)際物體的比較標(biāo)準(zhǔn)，以簡化輻射傳熱計算。物體的吸收率A、反射率R和透過率D的大小取決于物體的性質(zhì)、表面狀況及輻射線的波長等。能夠以相等的吸收率吸收所有波長輻射能的物體，稱為灰體?；殷w也是理想物體，但是大多數(shù)工業(yè)上常見的固體材料均可視為灰體。灰體有如下特點(diǎn)：①它的吸收率A與輻射線的波長無關(guān)；②它是不透熱體，即A+R=l。(2)物體的輻射能力E輻射能力指物體在一定溫度下，單位表面積、單位時間內(nèi)所發(fā)射的全部波長的輻射能，稱為該物體在該溫度下的輻射能力，以E表示，單位為W/m2,輻射能力可以表征物體發(fā)射輻射能的本領(lǐng)。在相同條件下，物體發(fā)射特定波長的能力，稱為單色輻射能力，用”「表示。若用下標(biāo)b表示黑體，則黑體的輻射能力和單色輻射能力可分別用3；’表示。(3)普朗克定律、斯蒂芬-玻爾茲曼定律及克?；舴蚨善绽士硕山沂玖撕隗w的單色輻射能力隨波長變化的規(guī)律。斯蒂芬-玻爾茲曼定律曷示了黑體的輻射能力與其表面溫度的關(guān)系，其表達(dá)式為航=詢/品G(孟『 <4.2^37)式中：T為黑體的熱力學(xué)溫度，K；”為黑體的輻射常數(shù)，其值為：1'' ；為黑本的輻射系數(shù)，其值為5,67M(療?仁)。斯蒂芬-玻爾茲曼定律通常稱為四次方定律，它表明黑體的輻射能力與其表面熱力學(xué)溫度的四次方成正比?？讼；舴蚨山沂玖宋矬w的輻射能力E與吸收率A之間的關(guān)系，即(4.2-18)￡J4]= ,h'EfAs(4.2-18)克?；舴蚨杀砻魅魏挝矬w（灰體）的輻射能力與吸收率的比值恒等于同溫度下黑體的輻射能力，即僅和物體的絕對溫度有關(guān)。（4）物體的輻射能力的影響因素對于實(shí)際物體，因A<1,由此可見，在任一溫度下，黑體的輻射能力最大，對于其他物體而言，物體的吸收率愈大，其輻射能力也愈大。在同一溫度下，灰體的輻射能力與黑體的輻射能力之比稱為灰體的黑度或發(fā)射率，用￡表示。在同一溫度下，灰體的吸收率和黑度在數(shù)值上是相等的。而黑度￡和物體的性質(zhì)、溫度及表面情況（如表面粗糙度及氧化程度）有關(guān)，一般可由實(shí)驗(yàn)測定。2.兩固體間的輻射傳熱化學(xué)工業(yè)中經(jīng)常遇到的兩固體間的輻射傳熱可視為灰體間的輻射傳熱。在兩灰體間的輻射傳熱中，相互進(jìn)行著輻射能的多次被吸收和反射的過程，因而在計算灰體間的輻射傳熱時，必須考慮其吸收率和反射率、形狀和大小以及相互間的位置和距離等因素的影響。兩灰體間輻射傳熱的結(jié)果，是高溫物體向低溫物體傳遞了能量。推導(dǎo)得出的灰體間輻射傳熱的計算式為（4.2-19）視兩物體間Qia=a-前需）-（葡］（4.2-19）視兩物體間式中：?.二為凈的輻射傳熱速率，一」;為高溫和低溫表面的熱力學(xué)溫度，畢為總輻射系數(shù)，視兩物體間的位置而定，其計算式見表4.2-2； 為幾何系數(shù)或角系數(shù)，的位置而取值，見表4.2-20上式表明，兩灰體間的輻