11 第十一章 辐射换热
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辐射换热常熟
辐射换热是指由电磁辐射而产生的能量传递过程。
辐射换热可以在真空中进行,无需介质介入,也可以通过传热介质进行传递。
辐射换热在自然界和工业生产中起着重要作用。
辐射换热的基本原理是物体表面吸收或发射电磁辐射,辐射能量通过电磁波的传递进行传热。
辐射能量的大小与物体的温度及表面特性有关。
根据斯特凡-玻尔兹曼定律,辐射换热功率
与物体表面的温度的四次方成正比。
在工业生产中,辐射换热常常应用于加热设备、干燥炉、热交换器等领域。
例如,在干燥炉中,电热管的加热元件通过辐射换热将热能传递给被干燥的物体,使其蒸发或去水分。
在热交换器中,通过辐射换热将热能从燃烧室传递到换热器内部,进而与流经换热器的流体进行热交换。
辐射换热的应用还包括太阳能利用、医疗影像、热成像等领域。
太阳能利用是指通过吸收太阳辐射的能量进行供热、发电等。
医疗影像中的X射线、CT、核磁共振等技术都涉及辐射换热
的过程。
热成像则是通过测量物体表面辐射的红外辐射能量来反映其温度分布,广泛应用于工业、建筑、农业等领域。
辐射换热还具有一些特殊的性质。
首先,辐射能量可以穿过真空,因此可以在真空中进行传热。
其次,辐射换热速率随温度差异的四次方倍增长,使其在高温差条件下具有很高的换热效率。
此外,辐射换热与传热介质的物理性质无关,不受介质热导率、比热容等参数的影响。
总之,辐射换热是一种重要的传热方式,在自然界和工业生产中发挥着重要作用。
了解辐射换热的原理和应用可以帮助我们更好地应用和利用能源,提高生产效率,促进科学技术的发展。
第二编热量传输第十一章辐射换热辐射换热在金属热态成形产业中是常见的现象,如金属件在炉内的加热,熔化炉中的炉料与发热体之间的换热等。
第一节热辐射的基本概念一、热辐射与辐射换热物体中分子或原子受到激发而以电磁波的方式释放能量的现象叫辐射,电磁波所携带的能量叫辐射能。
由于电磁波可以在真空中传播,因而辐射能也可以在真空中传播,而导热与对流换热则只在存有物质的空间中才能发生。
激发物体辐射能量的原因或方法不同,产生的电磁波的波长和频率也不相同。
电磁波按波长的长短来划分有多种,如图11-1所示。
热辐射是由于热的原因而发生的辐射。
主要集中在红外线和可见光的波长范围内。
热辐射是物体的一种属性,只要物体的温度高于绝对温度0K,就会进行辐射。
因此热量不仅从高温物体辐射到低温物体,同样也从低温物体辐射到高温物体,但是两者辐射的能量不同。
物体在发射辐射能的同时,也在吸收辐射能。
辐射换热是指物体之间的相互辐射和吸收过程的总效果。
例如工业炉炉壁与周围物体之间由于炉壁温度较高,炉壁向周围辐射的能量多于吸收的能量,这样热量就从工业炉传给周围物体。
辐射换热不仅取决于两个物体之间的温度差,而且还取决于它们的温度绝对量。
对于导热来说,其热流密度与温度梯度成正比,而对辐射换热来说,热流密度(或辐射力)与辐射物体热力学温度的四次方成正比,即E∝T4。
二、吸收率、反射率、穿透率当热辐射的能量投射到物体表面上时,同可见光一样有吸收、反射和穿透的现象。
设辐射到物体表面的总能量为Q,其中一部分Qa在进入物体表面后被物体吸收,另一部分能量Qρ被物体反射,其余部分Qτ穿透物体,如教材150页图11-2所示。
根据能量守恒定律得或。
(11-1)令,,则式(11-1)可写成。
(11-2)式中α、ρ、τ——物体的辐射吸收率、反射率和穿透率。
固体及液体在表面下很短的一段距离内就能把辐射能吸收完毕,并把它转换成热能,使物体的温度升高。
对于金属导体,这段距离约为1μm;对于大多数非导电材料,这一距离也小于1mm。