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热辐射与辐射换热资料

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辐射换热

辐射换热
气体没有辐射能力：
a 1
0 a 1
a 1 黑体 1 白体 1 透热体
二
辐射的基本定律
辐射力 E ：物体单位表面积在单位时间内向半球空 间所有方向上发射出去的全部波长的辐射能的总量， 单位是W/m2。
光谱辐射力 E ：是物体从波长 到区间 发射出的能量，即物体单位表面积在单位时间内向 半球空间所有方向上发射出去的包含 的单位波长范 围内的辐射能，单位是W/m3。
假设：总辐射能 Q ，物体吸收 Qa ，物体反射 Q ， 透过物体 Q ；根据能量守恒定律有 Q Qa Q Q 以 Q 除全式，并令 a Qa Q
Q Q Q Q
穿透比
a 1 a 吸收比， 反射比，
固体和液体辐射不能穿透： 0
(四) 折热板
假设条件：折热板和辐射板均为灰体
q1,3 s (Eb1 Eb3 ) q3,2 s (Eb3 Eb2 ) q1,3 q3,2 q1,2
无折热板时：
q1, 2
q1,3 q3, 2
2 s ( Eb1 Eb 2 ) 2
q
' 1, 2
s (Eb1 Eb2 ) 2q1, 2
1 1 2,1 J 2 A2 Eb 2 A2 2
稳态换热时： 1,2 2,1
1,2
Eb1 Eb 2 1 1 1 2 1 1 A1 A1 X 1, 2 2 A2
网络法计算
A1 ( Eb1 Eb 2 ) 1,2 s A1 ( Eb1 Eb 2 ) 1 1 1 A1 1 2 1 X 1, 2 A2 2 T1 4 T2 4 5.67 s A1 100 100

传热学-辐射换热PPT课件

传热学-辐射换热PPT课件
传热学-辐射换热
一、热辐射与辐射换热
1、定义
辐射－辐射是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。
辐射能－辐射能是电磁波所携带的能量（或热能转变成电磁波形式的
能量）。
热辐射－物体由于热的原因（温度高于 0 K）而发射电磁波的现象。
辐射换热－物体之间通过热辐射交换热量的过程。
当系统达到热平衡时，辐射换热量为零，但热辐射仍然不断进行。
（3）不同温度下黑体的单色辐射力随波长的变化图
1） 黑体的温度一定时， 不同波长的能量不同。 并在某一波长时存在极 大值；
2） Eb 的最大值随温度 的升高向短波方向移动。
对数坐标
3) 相同波长下，温度高 时的光谱辐射力也强
4) 某一温度下曲线与横 轴之间的面积即代表 了该温度下的总辐射 力，即
=
E Eb
=
E Eb
C
T 100
4
Cb
T 100
4
C Cb
实际物体的发射率为图7-9曲线下的面积（辐射力）之比。
同一温度下黑体的辐射力最大。
（2）实际物体的辐射力E
E
Eb
Cb
T 100
4
（3）影响发射率的因素
发射率只取决于发射物本身的材料类别、表面状况和温度，而不 涉及外界条件（见教材P151表7-1）。
2、实际物体的单色发射率 对同温度、同波长
E Eb
单色发射率是曲线的纵坐标之比。
3、实际物体的发射率与单色发射率的关系
E Eb
E d
0
Eb d
Eb d
0
Eb d
图7-9
0
0
4、灰体的发射率与单色发射率的关系

热辐射与辐射换热

热辐射与辐射换热
I() d Φ (1 ) d Φ (2 ) .. .d Φ (n ) d A d Ω co 1sd A d Ω co 2s d A d Ω
思考：兰贝特定律是否说明黑体对外辐射的能量在空间各个方向是相等的？
黑体单位面积辐射出去的能量在空 间的不同方向分布是不均匀的，其
定向辐射力随纬度角呈余弦规律
根据前面的定义可知，物体的吸收比除与自身表面 性质的温度有关外，还与投入辐射按波长的能量分 布有关。设下标1、2分别代表所研究的物体和产生 投入辐射的物体，则物体1的吸收比为
1
0
(,T1)b(,T2)Eb(T2)d 0b(,T2)Eb(T2)d
0 (,T1)Eb(T2)d
0
Eb
(T2)d
Eb T4 C01T004
5.67108 W/2(m K4)
C0 5.6 7W/2(m K4)
普朗克定律与Stefan-Boltzmann定律的关系
E b0 E bd0 ec2c(1 T )51dT4
华北电力大学
梁秀俊
高等传热学
Eb
2 1
Ebd
特定波长区段内的黑体辐射力
通常把波段区间的辐
3、当研究物体表面对太阳能的吸收时，一般不能 把物体当作灰体处理。
华北电力大学
梁秀俊
高等传热学
例、北方深秋季节的清晨，树叶叶面上常常结霜。 试问树叶上、下面的哪一面结霜?为什么?
答：霜会结在树叶的上表面。因为清晨，上表面 朝向太空，下表面朝向地面。而太空表面的温度 低于摄氏零度，而地球表面温度一般在零度以上。 由于相对树叶下表面来说，其上表面需要向太空 辐射更多的能量，所以树叶下表面温度较高，而 上表面温度较低且可能低于零度，因而容易结霜。
三、实际物体的辐射与吸收

热辐射及辐射换热

热辐射及辐射换热
3. 吸收比：物体对投入辐射所吸收的百分数，通常用表
示，即
吸收的能量
投入的能量(投入辐射)
(4) 光谱吸收比：物体对某一特定波长的辐射能所吸收 的百分数，也叫单色吸收比。光谱吸收比随波长的变 化体现了实际物体的选择性吸收的特性。
吸收的某一特定波长的能量
(,T1) 投入的某一特定波长的能量 图6-16.5和6-18分别给出了室温下几种材料的光谱吸收比同 波长的关系。
如果投入辐射来自黑体由于则上式可变为的性质表面图619物体表面对黑体辐射的吸收比与温度的关系物体的选择性吸收特性即对有些波长的投入辐射吸收多而对另一些波长的辐射吸收少在实际生产中利用的例子很多但事情往往都具有双面性人们在利用选择性吸收的同时也为其伤透了脑筋这是因为吸收比与投入辐射波长有关的特性给工程中辐射换热的计算带来巨大麻烦对此一般有两种处理方法即1灰体法即将光谱吸收比const
ε T
0 ε , T E ,blackbody , T
0 E ,blackbody , T dλ
dλ E (T actualemitted ) Eb (T )
半球总发射率是对所有方向和所有波长下的平均
对应于黑体的辐射力Eb，光谱辐射力Eb和定向辐射强度L，
分别引入了三个修正系数，即，发射率，光谱发射率( )和定
在学习了发射辐射与吸收辐射的特性之后，让我们来看一 下二者之间具有什么样的联系，1859年，Kirchhoff 用热 力学方法回答了这个问题，从而提出了Kirchhoff 定律。
最简单的推导是用两块无限大平板间的热力学平衡方法。 如图6-20所示，板1时黑体，板2是任意物体，参数分别为
Eb, T1 以及E, , T2，则当系统处于热平衡时，有
2. 电磁波谱

辐射换热

辐射换热

1 cosθ1 cosθ 2 ∫F1 ∫F2 πr 2 dF1dF2 F1
dQ1→2 =
cosθ1 cosθ2 Q2→1 1 ϕ21 = = ∫ ∫ dFdF 1 2 2 F F2 Q2 F2 1 πr
12.辐射换热
12.4 角系数
角系数的定义
黑 体
Q1→2 ϕ12 = Q1
ϕ12 =
Q1→2 1 cosθ1 cosθ 2 = ∫ ∫ dF1dF2 2 F1 F2 Q1 F1 πr
∫ A=
∞
0
Aλ Gλ dλ
∞
∫
0
Gλ dλ
12.辐射换热
实际物体表面的辐射－－ －－灰体 12.3 实际物体表面的辐射－－灰体
基尔霍夫定律
A=ε
灰体
单色吸收率与波长无关的物体
A = Aλ = const
E ∫ ε λ E bλ dλ ε= = Eb σ 0T 4 ε = ε λ = A = Aλ = const
R = 1, A = D = 0
D = 1, A = R = 0 外界投射到物体上的辐射能全部透过物体－－透明体 外界投射到物体上的辐射能全部透过物体－－ －－透明体
12.辐射换热
12.1 热辐射的基本概念
辐射能的吸收、 辐射能的吸收、发射和投射
A+ R + D =1
固体、液体： 固体、液体：对辐射能的吸收只在物体表 面薄层内进行，可认为其透射率： 面薄层内进行，可认为其透射率：D=0
传输理论
热量传输 辐射换热
12.辐射换热
12.1 热辐射的基本概念
辐射换热是指物体之间通过相互辐射和吸收进行的热量传输 过程。 过程。
热辐射
物体由于自身温度引起的发射辐射能的现象,依靠热射线 物体由于自身温度引起的发射辐射能的现象, （电磁波）传递热量 电磁波）

第十一章 辐射换热

第十一章 辐射换热

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。

热辐射和辐射换热

热辐射和辐射换热
本专业主要介绍热辐射的本质、特征，以及有关的 基本概念和基本规律，对后半部分内容不做要求。
8-1 热辐射的基本概念
辐射：从宏观的角度、辐射是连续的电磁波传递能量的过程；从微观 的角度，辐射是不连续的量子传递能量的过程。因此，物体向外界以 电磁波的形式发射携带能量的量子的过程称为辐射。
辐射能：通过辐射所传递的能量称为辐射能(也把辐射这个术语用来 表明辐射能本身)。
四、克希霍夫定律
黑度ε ：把实际物体的辐射力E与同温度下黑体的辐射力Eb之比称为该物体的黑度，用 符号ε表示：
ε＝E/Ｅb
(8-18a)
○ 单色黑度ελ ：是实际物体的单色辐射力与同温度下黑体的单色辐射力之比。
ελ＝Eλ/Ｅbλ
○ ε与ελ的关系为 ：
Eλ＝ελEbλ (8-18b)
E Eb
0Ebd 0Ebd
E E d 2
波段b辐射1力2:波段 1 b
区间的辐射能。
Fb(λ１－λ２）:
F 波段辐射力占同
温度下黑b( 体1 辐2 射)
力Eb的百分数。
2 1
E
b
d
0
E
b
d
1
bT 4
2 1
E
b
d
1 ○ (8-12a)
○ (8-12b)bT 4
2 0
E b
d
1 0
E
b
d
F F b( 0 2 )
自然界中并无绝对灰体，它仅作为一种假想物体。实际物体在红外波
长范围内，可以近似地看作是灰体。
物体对于投射能量吸收的百分数是该物体的 吸收率α，实际物体的吸收率既决定于投入 射线的方向和波长，又决定于物体本身的材 料、表面温度及表面状况。引入灰体概念后， 认为灰体的吸收率和单色吸收率都与波长无 关，大小仅取决于吸收表面的状况。

传热学(第10章--辐射换热)

传热学(第10章--辐射换热)

1 2
1、强化辐射换热的主要途径有两种： (1) 增加表面黑度； (2) 增加角系数。
2、削弱辐射换热的主要途径有三种： (1) 降低表面黑度； (2) 降低角系数； (3) 加入遮热板。
遮热板：在两辐射换热面之间放置的一黑度很小 的，用于削弱辐射换热的薄板。
22
遮热原理：通过在热路中增加热阻来减少辐射换热量。
)4
式中，Cb=5.67 W/(m2K4) ，为黑体的辐射系数。
实际物体的辐射力------引入修正系数(黑度)
8
黑度ε：实际物体的辐射力与同温度下黑体辐
射力之比。
E
Eb
式中，Eb为黑体的辐射力，E为实际物体的辐射力。
f (物体本身的性质 )
实际物体的辐射力为：E
Eb
Cb
(T 100
)4
1
热辐射穿过气体层时的衰减
30
2.火焰辐射的特点
火焰中含有固体微粒 火焰辐射类似于固体辐射 可视为灰体处理
31
思考题
教材P154.思考题10-2、10-4、10-5
32
本章小结
热辐射的本质及特点； 黑度、黑体及灰体等概念； 四次方定律； 有效辐射的概念；角系数的性质； 两灰体表面间的辐射换热计算(两种特例)； 辐射换热的增强与削弱
1 A1 X 1,2
A1 X1,2
A2 X 2,1
黑体间的辐射换热网络图
式中，1/A1X1,2为空间辐射热阻，其大小完全取决于物体表面间的几何 关系，而与物体表面的性质无关，故是所有物体均具有的辐射热阻。
16
三、灰体表面的有效辐射
17
有效辐射 本身辐射反射辐射
表面1的有效辐射：
J1 E1 1G1 1Eb1 (11)G1 表面1与外界的辐射换热：

十一辐射换热

十一辐射换热

设表面1是黑体表面，辐射力、吸收率和表 面温度分别 Eb、Ａ=1、T1。 表面2为任意表面，辐射力、吸收率和 表面温度分别为E2、 Ａ２、T2。
表面2能量收支情况 q=E- ＡE０ 当体系处于热平衡时 T2 = T1，q=0
于是上式变为：
E/Ａ= E０
把这种关系推广到任意物体时，可得： 基尔霍夫定律表达式：（条件：热平衡、一方是黑体） E1/Ａ1= E2/Ａ2= E3/Ａ3=……E/Ａ= E０ Ａ=E/ Eb=ε
结论： 1、物体的辐射力大，吸收率也就越大。换言之，善 于发射的物体亦善于吸收； 2、因为所有物体的吸收率α 永远小于1，所以同温度 下的黑体辐射力最大； 3、热平衡下α =ε 。
灰体 ：物体单色吸收率与波长无关， 即 Ａ=Ａλ =C 灰体 α ≡ε
11-4 物体间的辐射换热
一、角系数 １.定义：表面1发射的辐射能落到表面2上的百分数叫 表面对表面2的角系 数。 ２.角系数的性质 （1）、角系数的相对性： 两个物体均是黑体，两者净交换热量为Q12 Q12 = E０1 A1 X1，2- E０2 A2 X2，1 热平衡时， T1=T2 E０1= E０2 A1 X1，2 = A2 X2，1
解：热电偶侧温问题： 热电偶的辐射换热量等于对流换热量
α (tf-t1)= ε 1 (E０1-E０w) tf = t1+ ε 1C0/α *[(T1/100)4-(TW/100) =998.2℃ 测量误差: 绝对误差 Δ t= tf-t1=206.2℃ 相对误差 Δ t/ tf =20.7%
4
]
例： 两块平行平板，其表面积A1=A2，温度分别为 t1=727℃，t2=127℃，板的黑度为ε 1=ε 2=0.8，两 板间距离比板的长宽相比很小， 求（1）板1，2的本身辐射； （2）板1，2的有效辐射； （3）板1，2的投入辐射； （4）板1，2的反射辐射； （5）板1，2的间的辐射换热量。

传热学第5章辐射换热(Radiation Heat Transfer)

传热学第5章辐射换热(Radiation Heat Transfer)

5.1辐射的基本概念
由于起因不同，物体发射电磁波的波长也不同，可分为：
5.1辐射的基本概念
由于起因不同，物体发射电磁波的波长也不同，可分为：
λ<0.38μm 紫外线、X射线、γ射线 0.38<λ<0.76μm 可见光 0.76<λ<1000μm 红外线
0.76<λ<4μm 近红外 4<λ<1000μm 远红外 λ>1000μm 无线电波
J2
Eb2
12 A 2
Φ1,2
Φ2
5.6无限大灰体间辐射换热特性
第五章第一次作业 8—1，8—4，8—6，8—15，8—23
5.7 漫射表面间的角系数
角系数 X a,b —在两表面间介质是透明的情况下，由一个漫射表面 a 发出的辐射能落到另一个表 b 上的百分数为 a 表面 对 b 表面的角系数。
讨论：
如果两个表面均为黑体表面，1 2 1 ，表面热阻为零，
只有空间辐射热阻，J Eb 。
如果 1 为凸表面， X1,2 1
Rt
1 A1
1
1
A1 A2
1 2
2
如果
A1
A2 ：Rt
1 A1
1
1
1 2
1
（相当于无限大平板）
如果 A1 A2 ：
A1 A2
0，Rt
1
A1
，Φ
A11 Eb1
5.2黑体辐射的基本定律
四、兰贝特定律
定向辐射强度——单位时间、单位立体角单位可见辐射面 积的辐射能量。
I dΦ( )
dAcosd
微元立体角
d
dAc r2
sin dd
5.2黑体辐射的基本定律

热辐射和辐射换热课件

热辐射和辐射换热课件
物体在热辐射过程中，电磁波的发射和 吸收是同时进行的。
热辐射性质
物体在绝对零度以上的任何温度下都在 辐射电磁波。
热辐射的度量与计算
热辐射的度量
通常使用辐射强度来度量物体发 射的电磁波的能量密度。
热辐射的计算
根据物体的温度、发射率和物体 的表面形状等因素，通过计算可 以得出物体在一定温度下的热辐 射强度。
热辐射具有方向性，与温度的四次方成正比。
应用
在能源、动力、化工等领域有广泛的应用。
03
热辐射和辐射换热的联系与区别
热辐射和辐射换热的联系
热辐射和辐射换热都是通过电 磁波进行能量传递的过程。
பைடு நூலகம்
在高温度下，物体发出的热辐 射能量密度较大，而在低温度 下，物体吸收和发射的热辐射 能量密度较小。
物体在吸收和发射热辐射时， 也会对周围物体产生辐射换热 。
热辐射和辐射换热在工程中的应用
在能源工程中，利用热辐射原理设计 制造的太阳能集热器可将太阳能转化 为热能。
在建筑领域中，利用热辐射原理设计 的保温材料可以有效减少室内热量的 流失，提高建筑的保温性能。
在电子设备中，利用热辐射原理设计 的散热器可以有效地将芯片等部件产 生的热量散发出去，保证设备的正常 运行。
活动的安全性和可靠性。
THANKS
感谢观看
热辐射和辐射换热课件
• 热辐射基础 • 辐射换热原理 • 热辐射和辐射换热的联系与区别 • 热辐射和辐射换热的优化与控制 • 热辐射和辐射换热的发展趋势与前
景
01
热辐射基础
热辐射的定义和性质
热辐射定义：物体由于具有温度而辐射 电磁波的现象。
热辐射与导热、对流不同，它不需要任 何介质，是物体直接向外发射电磁波进 行辐射散热。

传热学第七章(1)辐射换热

传热学第七章(1)辐射换热

E d 2
1 b
0 Eb d
1
T
4
E d 2
1 b
1
T
4
1
0
Eb
d
2
0
Eb d
F F b(0-1 )
b(0-2 )
18
式中，Fb（0- 1）、 Fb（0- 2）分别为波长从0至1和0至2的黑体 辐射占同温度下黑体辐射力的百分数。能量份额Fb（0- ）可以
表示为单一变量 T 的函数，即
Fb(0)
c1 --- 第一辐射常量, 3.742×10-16 W ·m2； c2 --- 第二辐射常量, 1.438× 10-2m ·K。 Planck认为黑体以hv为能量单位，不断发射和吸收频率为 v
的辐射， hv称为能量子 h 6.6261034 J s
14
由Planck定律知 Eλ=f(λ,T ) 如图，
s
θr
平面角定义图
21
即： Ac r2 (sr) Steradian
半圆： s r r r (rad)
半球： Ac r 2 2r 2 r 2 2 (sr)
如图，在半球上割下一块微元面积dAc， 则dAc对应的立体角为微元立体角
d dAc r 2
为清楚起见，将这个立体角放大，
110-2 to 3.9 10-4 m
0.38 to 0.76 m
0.76 to 1000 m
1000 to 21010 m
0.1 to 100 m
4
如图所示，热辐射，0.1—100µm； 可见光，0.38—0.76 µm 。
• 地球上大部分物体 <2000K 0.38-100 µm
大部分在0.76-20 µm

传热学热辐射的基本定律及辐射换热

传热学热辐射的基本定律及辐射换热
1. A blackbody absorbs all incident radiation, regardless
of wavelength and direction. Namely =1.
2. For a prescribed temperature and wavelength, no surface can emit more energy than a blackbody.
2. 立体角(Solid angle)——续
d sindd
The solid angle associated with the entire hemisphere may be obtained by integrating the above Equation over the limits =0 to 2 and =0 to =/2. Hence
0
0 Ie cos sindd
Ie
对于漫射非黑体表面
J Ier
➢ 结论： 对于漫射表面，辐射力是任意方向辐射(强)度的倍。
§8.3 实际物体和灰体的辐射
一、实际物体(Real surface)
❖ 热辐射有两个重要特征：一是光谱性质，即光谱 辐射力随波长变化；一是方向性，即辐射度因方 向而异。
1. 实际物体的发射率
E Eb
0 E d
0 Eb d
0 E d bT 4
E(T ) (T )Eb (T ) (T ) bT 4
2. 实际物体的光谱发射率
E Eb
3. 实际物体的定向发射率
E Eb
4. 实际物体的光谱定向发射率
,
E , Eb ,
5. 温度为T时实际物体的光谱定向发射率
➢辐射换热与导热、对流换热不同，它不依 赖于物体的接触而进行热量传递。

传热学-第6章 热辐射及辐射传热

传热学-第6章 热辐射及辐射传热

Φ
Eb J
1
A
1
A
为表面辐射热阻
表面辐射热阻 网络单元
对于黑体表面，=1，表面辐射热阻
为零。
三、空间辐射热阻
离开表面1并落到表面2的辐射能为 12 J1 A1 X 1,2 离开表面2并落到表面1的辐射能为 21 J 2 A2 X 2,1
A2, T2, J2
两个表面的净辐射传热量为 Φ1,2 J1 A1 X1,2 J2 A2 X 2,1
三、维恩位移定律(1893年)
maxT 2.8976 10 2 2.9 10 2 m K
黑体辐射曲线
用它可测定太空星体表面温度，也可用来选择对特定地物的监测波段，如火灾检测。 解释现象：一铁块放入高温炉中加热，从辐射的角度分析铁块的颜色变化过程。
T 5800K,
m
2898 5800
0.5m
根据角系数的完整性和互换性，有
X1,2 X1,3 1 X 2,1 X 2,3 1 X 3,1 X 3,2 1 A1 X1,2 A2 X 2,1 A1 X1,3 A3 X 3,1
A2 X 2,3 A3 X 3,2
三个无限长非凹表面组成的封闭系统
通过求解这个封闭的方程组，可得所有角系数，
第6章 热辐射及辐射传热 Radiation Heat Transfer
6.1 热辐射的基本概念 6.2 黑体辐射基本定律 6.3 实际物体的辐射特性 6.4 角系数 6.5 灰体表面间的辐射传热 6.6 遮热板及其应用 6.7 辐射传热系数
6.1 热辐射的基本概念
6.1.1 热辐射 辐射: 辐射是物体通过电磁波的传递能量的现象。 可见光 0.38～0.76μm
对于表面 2 q E Eb 当热平衡时, q 0, 则 E Eb

C 热辐射 辐射换热

C 热辐射 辐射换热
华北电力大学 梁 秀 俊
传热学 Heat Transfer
根据黑 体辐射 曲线可 以 得以下规律：
(1) 温 度 愈 高 ， 同 一 波 长下的光谱辐射力愈大； (2) 在一定的温度下，黑体的光谱辐射力随波长连 续变化，并在某一波长下具有最大值； (3) 随着温度的升高，光谱辐射力取得最大值的波 长max愈来愈小，即在坐标中的位置向短波方向 光学高温计和体温测量仪的原理。 移动。
1T 2190
mK
2 T 4380 mK
Fb 02 54.59%
由黑体辐射函数表可查得
Fb 01 9.94%
可见光所占的比例为
Fb 1 2 Fb 02 Fb 02 44.65%
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传热学 Heat Transfer
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E ( ) Eb
L( ) ( ) Lb
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传热学 Heat Transfer
一、实际物体的光谱辐射力 E 和光谱发射率 ( )
E ( ) Eb
( ) 1
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二、实际物体的辐射力和发射率
华北电力大学 梁 秀 俊
传热学 Heat Transfer
T / (mK)
Fb(0-) / %
T / (mK)
Fb(0-) / %
1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2200 2400 2600 2800 3000 华北电力大学
0 波长 在红外线的辐射范围内大多数工程材料可以当 作灰体处理。
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辐射换热

辐射换热
反 射
玻 璃
吸 收
透射
（一）吸收率、反射率和透射率
G=G+G+Ga
G Ga 1 G G G
反射率： G G 透射率： G G 吸收率： a G

G
反 射
a
玻 璃
G
吸 收
a1
透射
吸收率、反射率和透射率
固体和液体的透射率为零：a+=1 气体反射率为零： a+=1
第二节 热射的基本定律
一、斯蒂芬—波尔茨曼定律 辐射力E: 单位时间内物体的单位辐射面 积向半球空间发射的全部波长的辐射能。 斯蒂芬-波尔茨曼定律：黑体的辐射力与 其热力学温度T的4次方成正比。 4
T Eb bT cb 100
4 8 2 4 5.67 10 W/(m K ) 黑体辐射常数 b
电磁波谱
电磁辐射包含了多种形式，如图所示，而我们所感兴趣 的，即工业上有实际意义的热辐射区域是0.1~100μm 电磁波的传播速度： c = fλ 式中：f — 频率，s-1; λ— 波长，μm
二、吸收、反射和透射
投入辐射G：单 位时间内投射到 单位面积物体表 面上的全波长范 围内的辐射能。 G=G+G+Ga
4 4
以上结果说明：（2）中钢板的绝对温度是（1） 中钢板绝对温度的2倍时，其辐射力是（1）中 的辐射力的l6倍。这说明，物体的辐射力受温 度的影响很大。
二、维恩位移定律：
10 T 2898 m K max 8 10 5800K 7 10 6 10 5 10 4 10 3 1000K 10 2 10 500K 1 10 0 10 -1 10 -2 10 0.1 1
黑度表明物体的辐射能力接近于黑体的程度, 恒小于1。物体的黑度是物体的一种性质，只 与物体本身情况有关，与外界因素无关。

热力学系统的热辐射与辐射换热

热力学系统的热辐射与辐射换热

热力学系统的热辐射与辐射换热热辐射是一个热力学系统中的重要现象，它是指物体通过电磁波辐射能量的过程。

在热力学中，热辐射是一种能量传递方式，它与传导和对流相互作用，共同影响着热系统的热平衡和能量转换。

辐射换热是指热辐射通过物体表面与周围物体发生的能量交换。

在热力学系统中，辐射换热是热系统与环境之间的关键热交换方式之一。

本文将从热辐射的基本原理、辐射换热的特性和影响因素等方面阐述热力学系统中的热辐射与辐射换热的相关知识。

一、热辐射的基本原理热辐射是由物体的热运动引起的，所有物体在温度不为零时都会以某种形式发射热辐射。

热辐射的特征是以电磁波的形式传播，波长范围从长波红外线到短波紫外线。

根据“黑体辐射”的理论，完美的黑体是指吸收所有辐射能量的物体，而不反射或透射任何辐射。

根据黑体辐射的性质，斯特法能定律描述了热辐射的强度和波长之间的关系。

同时，普朗克提出了量子化假设，解释了辐射能量的离散化现象，即辐射能量以能量子的形式进行传输。

二、辐射换热的特性辐射换热是热系统与环境之间的重要热交换方式，具有以下特性：1. 无需介质传导：辐射换热是通过电磁波的传播实现的，与传导和对流不同，它不需要介质的存在来传递热量。

2. 波长和温度关系：热辐射的强度与物体表面的温度有关，而且随着温度的升高，发出的辐射能量也会增加。

根据斯特法能定律，高温物体主要辐射短波辐射，而低温物体主要辐射长波辐射。

3. 吸收与反射：物体表面对热辐射的吸收和反射特性也会影响辐射换热过程。

高吸收率的物体能够有效地吸收外界的辐射能量，并转化为热量。

相反，高反射率的物体则会减少吸收辐射能量的能力。

三、影响辐射换热的因素辐射换热的强度主要受以下因素的影响：1. 温度差异：温度差异是推动辐射换热的主要力量之一。

温度差异越大，辐射换热的强度也会相应增加。

2. 表面特性：物体表面的特性直接影响辐射换热的效果。

粗糙表面相对于光滑表面来说，具有更高的吸收和发射能力，因此可以更好地进行辐射换热。

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【解】应用Wien位移定律 T=2000K时 max=2.910-3/2000=1.45 m T=5800K时 max=2.910-3/5800=0.50 m 常见物体最大辐射力对应的波长在红外线区 太阳辐射最大辐射力对应的波长在可见光区
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2、斯忒藩-玻耳兹曼定律
黑体辐射的辐射力与温度的关系遵循斯忒藩-波 尔兹曼定律：
四次方定律
不同方向？ 辐射力
不同波长？
兰贝特定律 普朗克定律
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二、黑体辐射
1、普朗克定律(1900)
Eb
C15
eC2 /T 1
维恩Wien位移定律(1893) mT290m0K
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【例】试分别计算温度为2000K和5800K的黑 体的最大光谱辐射力所对应的波长。
Eb T4 C01T004
5.67108 W/2(m K4)
C05.67W/2(m K4)
普朗克定律与Stefan-Boltzmann定律的关系
E b0 E bd0 ec2c(1 T )51dT4
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Eb
2 1
Ebd
特定波长区段内的黑体辐射力
通常把波段区间的辐
射能表示为同温度下
变化。法向最大，切向最小。
Lambert定律也称为余弦定律。
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Eb
d ( , )
2 dA
2 Ib cos d
Ib cos sin d d
2
Ib
d 2 sin cos d 0
0
Ib
遵循兰贝特定律的表面为漫辐射表面，数值上其 辐射力等于定向辐射强度的π倍。
上去。
注：除了经特殊处理的金属表面，大部分工程材料
均可视为漫射表面。
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2、特殊辐射体 吸收比 = 1的物体称为黑体。 反射比 = 1的物体称为白体（或镜体）。 透射比 = 1的物体称之为透明体。
例如，煤炭的吸收比达到0.96，磨光的金子反射比几 乎等于0.98，而常温下空气对热射线呈现透明的性质。
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【例】试求温度为1400K和6000K时的黑体辐射中可见光所 占的份额。 【解】：可见光的波长范围是从0.38μm到0.76μm，对于 1400K的黑体其λT值分别为532和1064。可从表4－1查得 Fb(0-λ1)和Fb(0-λ2)分别为<<0.1%和0.07%。于是可见光所 占份额为
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黑体辐射定律小结
１、Stefan-Boltzmann定律：确定黑体辐射力 ２、Planck定律：黑体辐射能量按波长分布规律 ３、Lambert定律 ：黑体辐射能量按空间方向的 分布规律。
E Ed 0
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定向辐射强度:单位可见面积发射出去的落在空间任意 方向的单位立体角中的能量。
IdA d dΦ Ω (c )osW/2(sm r)
dAcos
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二、黑体辐射
吸收比 = 1的物体称为黑体。
黑体还应具有什么性质？
黑体辐射具有什么特性？
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3、辐射能力
辐射力E：单位时间内，物体的单位表面积向半球空间 所有方向辐射出去的全部波长的能量总和 。W/m2
从总体上表征物体发射辐射能本领的大小。
光谱辐射力:在单位时间内物体单位面积上向半球空 间所有方向发射的从到+d波长的辐射能称为光谱 辐射力，用E表示，单位为W/m3。
Fb(λ1-λ2)=Fb(0-λ2)-Fb(0-λ1)=0.07%。
同样的做法可以得出6000K的黑体 在可见光范围所占的份额为
Fb(λ1-λ2)=Fb(0-λ2)-Fb(0-λ1)=57.3%11.3%=46%。
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梁秀俊Biblioteka 高等传热学3、兰贝特定律
黑体辐射的定向辐射强度是个常量，与空间方向无关。
I()d Φ (1 ) d Φ (2 ) .. .d Φ (n ) d A d Ω co 1sd A d Ω co 2s d A d Ω
思考：兰贝特定律是否说明黑体对外辐射的能量在空间各个方向是相等的？
黑体单位面积辐射出去的能量在空 间的不同方向分布是不均匀的，其
定向辐射力随纬度角呈余弦规律
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热辐射与辐射换热部分
一、一些基本概念 二、黑体辐射 三、实际物体的辐射与吸收 四、辐射换热的计算
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高可等见传光热的学波长范围：0.38~0.76μm
一、一些基本概念
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1、吸收、反射和透射
投射辐射周围物体在单位时间内投射到物体单位表
面积上的辐射能。用G表示，单位W/m2 。
T / (mK)
Fb(0-) / %
1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2200 2400 2600 2800 3000 华北电力大学
0.0323 0.0916 0.214 0.434 0.782 1.290 1.979 2.862 3.946 5.225 6.690 10.11 14.05 18.34 22.82 27.36
6500 7000 7500 8000 8500 9000 9500 10000 12000 14000 16000 18000 20000 22000 24000 26000
77.66 80.83 83.46 85.64 87.47 89.07 90.32 91.43 94.51 96.29 97.38 98.08 98.56 98.89 99.12 99.30
GG G G
G G G 1 GGG
1
吸 反穿 收 射透 比 比比
对于固体和液体： 1
对于气体 ： 1
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视物体表面状况（平整程度）和投入辐射的波长， 表面的反射又分为镜反射和漫反射。
(a)镜反射
(b)漫反射
漫反射是把来自任意方向、任意波长的投入辐射以均
匀的强度（不是“能量”）反射到半球空间所有方向
黑体辐射力的百分数，
记作
Fb，(1 称2 ) 作黑
体辐射函数。
F b(12 )
E d 2
1 b
0 Ebd
1
T 4
E d 2
1 b
1
T4
2 0
Eb
d
1 0
Eb
d
Fb(02 ) Fb(01) f (2T ) f (1T )
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T / (mK)
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Fb(0-) / %