管式加熱爐第一節(jié)熱輻射的基本概念課件

第七章管式加熱爐第1節(jié)熱輻射的基本概念1.1基本概念1.2黑體輻射的基本定律1.3實(shí)際物體的熱輻射1.4氣體的輻射與吸收1.1基本概念1.1.1熱輻射的特性1.1.2熱輻射的吸收、反射和透過1.1.3黑體的定義1.1.4物體的輻射能力、輻射強(qiáng)度電磁輻射波譜：輻射線名稱宇宙射線伽馬射線倫琴射線紫外線可見光紅外線無(wú)線電波波長(zhǎng)/μm＜1×10-7

1×10-７～1×10-5

1×10-5～2×10-2

2×10-2～0.380.38～0.760.76～1×103

1×103～2×1010

熱射線注：固體液體的光譜連續(xù)；氣體光譜不連續(xù)1.1.2熱輻射的吸收、反射和透過：

Q=Qα+Qρ+Qτ或Qα/Q+Qρ/Q+Qτ/Q=1⒈吸收率α、反射率ρ和透過率τ：定義：α=Qα/Q吸收率ρ=Qρ/Q反射率τ=Qτ/Q透過率1.1.3黑體的定義：黑表面：能全部吸收投射到它表面上的熱輻射的表面黑體：具有黑表面的物體，稱為絕對(duì)黑體，或簡(jiǎn)稱黑體，用下標(biāo)“0”表示說明：①自然界中并不存在真正的絕對(duì)黑體；②黑體模型：1.1.4物體的輻射能力、輻射強(qiáng)度：

⒈物體的輻射能力E：

定義：物體單位表面積、單位時(shí)間向半球空間所有方向發(fā)射的全部波長(zhǎng)（λ=0～∞）的總輻射能，又稱半球輻射能力、自身輻射W/m2

說明：①E與表面的性質(zhì)、溫度有關(guān)：T↑→E↑；②相同的溫度下，黑體的輻射能力最大。1.1.4物體的輻射能力、輻射強(qiáng)度：⒉單色輻射能力Eλ：定義：物體在λ至λ+Δλ的波段內(nèi)的輻射能力

W/(m2·μm)或W/m3說明：①Eλ反映了物體的輻射能力隨λ（0-∞）的分布情況：②Eλ≠E０λ，Eλ＝f（波長(zhǎng)，T）1.2黑體輻射的基本定律1.2.1普朗克（Planck）定律－黑體輻射能力按波長(zhǎng)的分布規(guī)律1.2.2斯蒂芬-波爾茲曼（Stefan-Boltzman）定律－黑體輻射能力與溫度的關(guān)系1.2.3蘭貝特（Lambert）定律－余弦定率1.2.1普朗克（Planck）定律：黑體的單色輻射能力與波長(zhǎng)及溫度的定量關(guān)系：式中：λ－黑體輻射的波長(zhǎng)，m；T－黑體的絕對(duì)溫度，K；C1、C2－普朗克常數(shù)，C1=3.743×10-16W·m2；C2=1.4387×10-2m·K；E0λ－黑體的單色輻射能力，W/m2。討論：①黑體的E0λ與表面形狀無(wú)關(guān)，E0λ=f(λ,T)；②如圖：當(dāng)λ→0或λ→∞時(shí)，Eoλ→0；同一波長(zhǎng)下，T↑→E0λ↑；

1.2.2斯蒂芬－波爾茲曼（Stefan-Boltzman）定律：黑體的全波長(zhǎng)輻射能力：積分后：式中：σ0－黑體輻射常數(shù)，σ0=5.67×10-8W/(m2·K4)C0=5.67故：E0∝T４，高溫時(shí)不能忽略輻射傳熱。1.2.3蘭貝特定律—余弦定律：說明了黑體表面向它上面的半球空間不同方向上的輻射能量與法線方向上的輻射能量的關(guān)系內(nèi)容：I0n—黑體的微元面積dA在法線方向上的輻射強(qiáng)度，W/(m2·sr)；Φ—給定方向與法線方向的夾角，sr說明：①蘭貝特定律又稱余弦定律；②當(dāng)φ=0時(shí)，Iφ=0=I0n，輻射強(qiáng)度最大；當(dāng)φ=90o時(shí)，Iφ=90o=0；③I0和E0的關(guān)系：上式說明：E0為Ion的π倍；④遵循蘭貝特定律的表面稱為蘭貝特表面，黑體表面就是一個(gè)蘭貝特表面；⑤以上三個(gè)定律只適用于黑體。1.3.1實(shí)際物體與黑體的區(qū)別與聯(lián)系⒈實(shí)際物體的輻射能力不服從斯蒂芬－波爾茲曼定律自然界一切物體的輻射能力均小于同溫度下黑體的輻射能力；引入相對(duì)輻射能力：ε=E/E0，又稱黑度，發(fā)射率影響因素：①ε它與物體溫度和表面性質(zhì)（表面溫度、表面狀況等）有關(guān)；②ε恒小于1。1.3.1實(shí)際物體與黑體的區(qū)別與聯(lián)系⒉實(shí)際物體的單色輻射能力隨溫度和波長(zhǎng)的變化不符合普朗克定律引入物體的單色黑度：ελ=Eλ/E0λ，又稱單色發(fā)射能力影響因素：①ελ＝f（T,λ，物體表面性質(zhì)）；②ελ恒小于1，黑體單色輻射能力最大。1.3.1實(shí)際物體與黑體的區(qū)別與聯(lián)系⒊實(shí)際物體對(duì)投入輻射能的吸收率α≠1單色吸收率αλ：在給定波長(zhǎng)λ和入射角和θ下，一個(gè)實(shí)際表面吸收的能量與一個(gè)黑表面吸收的能量之比值。說明：①α、ε、ελ、αλ∈(0，1)；②實(shí)驗(yàn)表明，ε、ελ、αλ均為物體本身性質(zhì)；α不是物體本身的性質(zhì)，α＝f（表面性質(zhì)、溫度、投入輻射的波長(zhǎng)及角度）。1.3.2克?；舴颍↘irchhoff）定律說明：①對(duì)于許多物質(zhì)，人們發(fā)現(xiàn)αλ（或ελ）與投射輻射的情況無(wú)關(guān)，即與投射溫度T2無(wú)關(guān)。故：無(wú)論T1和T2是否相等，均有ελ=αλ；②由ελ、αλ，則：熱平衡時(shí)：T1=T2，故α=ε；③對(duì)于灰體：α=αλ=ελ=ε什么是灰體？1.3.3灰體⒈灰體定義：假如某種物體的單色輻射能力Eλ與同一溫度下絕對(duì)黑體的單色輻射能力E0λ之比等于常數(shù)，即在所有波長(zhǎng)下，物體的單色黑度ελ等于常數(shù)，這種物體叫做灰體灰體也是一種理想物體1.4氣體的輻射與吸收1.4.1氣體輻射與吸收的特點(diǎn)1.4.2煙氣的黑度1.4.3煙氣的吸收率1.4.1氣體輻射與吸收的特點(diǎn):⒈不同氣體具有不同的輻射能力

單原子和分子結(jié)構(gòu)對(duì)稱的雙原子氣體，如惰性氣體和氫、氮、氧等，不具有吸收熱輻射的能力，可看作透明體。而三原子，多原子氣體以及結(jié)構(gòu)不對(duì)稱的雙原子分子，如CO2、H2O、SO2、CO、CH2，烴類和醇類等，則有相當(dāng)大的輻射能力和吸收能力。1.4.1氣體輻射與吸收的特點(diǎn):⒉氣體輻射對(duì)波長(zhǎng)有選擇性

氣體只在某些特定的波段－光帶內(nèi)具有吸收能力。煙氣中的CO2和H2O主要光帶如下：

CO2H2O第一光帶2.65-2.80μm2.55-2.84μm第二光帶4.15-4.45μm5.6-7.6μm第三光帶13.0-17.0μm12.0-30.0μm

這些光帶均位于可見光范圍之外，所以，即使在高溫下CO2和H2O也不能被人眼看見。1.4.1氣體輻射與吸收的特點(diǎn):⒊氣體的輻射和吸收是在整個(gè)容積中進(jìn)行的氣體的輻射和吸收與氣體的形狀和體積有關(guān)。氣體的輻射和吸收取決于氣層厚度、氣體的溫度和分壓。定義平均輻射長(zhǎng)度L=3.5V/A，又稱有效氣層厚度

這樣：1.4.1氣體輻射與吸收的特點(diǎn):⒋氣體是典型的非灰體物質(zhì)

只有當(dāng)氣體溫度和固體壁溫度相同時(shí)氣體的黑度和吸收率才會(huì)相等，若溫度不相等，就不存在這種關(guān)系。同樣普朗克定律定律和斯蒂芬－波爾茲曼定律也不能成立。1.4.2煙氣的黑度：

⒈CO2和H2O的黑度：ECO2∝T3.5，EH2O∝T3引入氣體的黑度εi：ε0CO2=f（PCO2，L，Tg）εCO2=CCO2?ε0CO2，P338：Fig7-8,9ε0H2O=f（PH2O，L，Tg，P總）εH2O=CH2O?ε0H2O，

P339：Fig7-10,111.4.2煙氣的黑度：⒉煙氣的黑度εg：εg=（εCO2

+εH2O）·（1-Δε）Δε-煙氣中光譜重疊的校正量，

Δε≈2-5%；煙氣中如存在SO2，通常可計(jì)算在CO2組分中。1.4.3煙氣的吸收率αg：當(dāng)TW≠Tg時(shí)，εg≠

αg，其關(guān)系可用下式表示：式中：Tw－固體壁溫度，K；