论辐射换热及其应用

燃气辐射采暖的优势及应用在建筑物内2m以下是人员、设备集中的空间，这里是室内采暖要解决的根本区域，如果热空气能停留在这个空间内，对满足工艺要求、人员舒适性以及降低能源消耗等方面将是最好的效果。

传统的对流散热器采暖方式中，散热器先加热空气，由于冷热空气的密度差，空间内热空气向上流动，冷空气向下流动，导致房间内温度产生严重的垂直失调，产生大量的无效耗热量。

采用这种方式采暖，为了达到一定的供热效果，必须加热建筑物内的所有空气，而热空气又总是在房间的上半部，实际需要供暖的人和物体都在温度较低的房间底部，因此热量的利用率较低。

特别是对一些大空间、半开放式空间供热，采用这种采暖方式热损失更大，供暖效果更差。

往往房间顶部温度很高，底部温度低，房间高度越高，这种作用越明显，有的房顶温度高达40℃，而人的活动空间温度却只有3～5℃。

这样的温度分布，不但满足不了供暖要求，而且造成大量能源浪费。

为了克服高度方向的垂直失调，目前对于高大空间建筑物的采暖，主要采用散热器+集中空调的热风采暖方式。

热风采暖的工作过程和散热器系统一样，也是一种对流换热方式。

如要求室内温度达到18℃，2m以上的空间也成为采暖对象，这样大部分的能源被浪费；另外，一个好的热风系统，必须要有相应良好的气流组织来实现，这样势必又造成上部空间要有大量的通风管道及空气处理设备，占用大量的空间；还有值班采暖的问题，一是夜间关闭新风管道阀门，开启空气处理设备，依靠室内回风解决问题，其最大特点就是不便于管理；二是设置单独的值班采暖散热器系统，全天开启，这两种方式都会加大能耗。

在辐射采暖系统中，辐射传热的比例通常在50%以上，它是一种卫生条件和舒适性均较高的采暖方式。

物体的辐射能力和其绝对温度的四次方成正比。

在辐射采暖系统中，辐射传热所占的比例与辐射体表面的温度有关，辐射体表面温度越高，辐射传热所占的比例就越高。

燃气辐射采暖是利用天然气、液化石油气在特殊的燃烧装置——辐射器内燃烧而辐射出各种波长的红外线进行采暖的。

传热学中的辐射传热现象传热学是研究物体之间热量传递的学科，是工程学和物理学中的一个重要分支。

其中辐射传热是传热学中的一个重要现象。

本文将探讨辐射传热的基本原理和应用。

一、辐射传热的基本原理辐射是物体通过电磁波传递能量的过程。

所有物体在温度不为零时，都会通过辐射释放能量。

根据斯特凡-玻尔兹曼定律，辐射强度与物体的温度的四次方成正比关系。

这意味着物体的温度越高，辐射强度越大。

辐射传热主要通过三种方式发生：辐射、对流和传导。

辐射传热是一种特殊的传热方式，与对流和传导相比，它不需要介质参与传递热量。

这也是辐射传热的一个重要特点。

二、辐射传热的特点辐射传热有很多特点，其中一些是：1. 不需要介质媒介：辐射传热不需要介质媒介，可以在真空中传递热量。

这使得辐射传热在太空中的热传递中起到重要作用。

2. 速度快：相比对流传热和传导传热，辐射传热速度更快。

这是因为辐射传热无需经过物质传递，直接通过电磁波传递能量。

3. 能量传递效率高：辐射传热的能量传递效率较高。

辐射传热可以将能量通过电磁波传递，而电磁波是以光速传播的，能量损失相对较少。

4. 不受介质性质影响：辐射传热不受介质性质的影响。

无论介质是气体、液体还是固体，辐射传热的机理都相同。

三、辐射传热的应用辐射传热在日常生活和工业过程中有很多应用。

以下是几个常见的应用实例：1. 传热系统中的加热：在许多传热系统中，辐射传热被用于加热。

例如，在炉内加热金属材料时，辐射传热是主要的能量传递方式。

2. 太阳能利用：太阳能是一种充分利用辐射传热的可再生能源。

太阳能热水器和太阳能发电系统都利用了太阳辐射的热能。

3. 热辐射传感器：热辐射传感器是一种利用辐射传热原理测量温度的仪器。

它可以通过测量物体的辐射强度来估计其温度。

四、辐射传热的研究与发展随着科学技术的进步，辐射传热在研究和应用中得到了广泛的关注。

研究者不断深入研究辐射传热的机理和特性，以改进传热系统的效率和性能。

同时，辐射传热的计算模型也在不断发展，以更好地预测辐射传热过程。

了解热传导对流和辐射热传导、对流和辐射是热量传递的三种基本方式。

了解热传导、对流和辐射的特点和应用场景，可以帮助我们更好地理解能量传递和热力学的相关概念。

一、热传导热传导是指热量通过物质内部的分子碰撞和传递来传导热量的方式。

在固体中，热传导是主要的热传递方式。

热传导的基本原理是高温区域的分子能量会传递给低温区域的分子，以达到热量平衡。

热传导的特点是传递速度较慢，传导距离受到限制。

固体的热传导取决于物质的热导率和物质的形态结构。

金属、玻璃等导热性能较好的物质能够快速传递热量，而木材、塑料等导热性能较差的物质传热速度较慢。

热传导广泛应用于许多领域，如绝缘材料中的隔热层、散热器、热工业中的传热设备等。

了解热传导的特点和机制，可以帮助我们设计更加高效的传热装置和材料。

二、对流对流是通过流体的流动来传递热量的方式。

对流传热主要发生在液体和气体中，涉及到流体的传热和传质过程。

对流传热的基本原理是通过流体的流动和热量的对流传递，使高温区域的流体带走热量，供给低温区域。

对流的特点是传递速度较快，传递距离较远。

对流传热受到流体性质、流速、流体接触面积等因素的影响。

例如，风扇散热器利用风扇的吹风和对流作用，加速散热，提高散热效果。

对流广泛应用于许多领域，如空调、散热器、自然界中的大气环流等。

了解对流的特点和机制，可以帮助我们更好地设计流体传热设备和改善环境热流动。

三、辐射辐射是热量通过电磁波的辐射传递的方式。

辐射传热不需要物质介质，可以在真空中传递热量，因此被广泛应用于真空环境和太空技术中。

辐射传热的基本原理是高温物体会发射热辐射能量，低温物体会吸收热辐射能量。

辐射的特点是传递速度最快，传递距离最远。

辐射传热的强度与物体的温度和波长有关，黑体辐射是研究辐射传热的理想模型。

辐射广泛应用于许多领域，如太阳能利用、辐射加热设备、红外线传感器等。

了解辐射的特点和机制，可以帮助我们更好地利用辐射能源和开发辐射传热技术。

在实际应用中，热传导、对流和辐射经常同时存在，相互作用。

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。

第四讲：有吸收介质的辐射换热计算（n 个灰漫表面组成封闭体，网络法）1．基本概念：由于封闭体内总有气体存在，当气体的吸收性不能忽略时，如炉膛内，必须考虑气体辐射特性对辐射换热的影响。

气体辐射有二个特点： （1）波长有选择性，不连续。

（2）辐射在整个容积中进行。

另外，气体对辐射有散射。

有弹性散射、非弹性散射；各向同性散射和各向异性散射等分类。

2. 辐射传递方程：当波长为λ的射线穿过气体时，沿其辐射路径辐射能的变化规律成为辐射传递方程：设射线沿l 方向的原点0出发，在l 处，其辐射能由于被该处的气体吸收和散射，其减弱量可由贝尔定律和散射规律得到：,,,,[]l s l dI K K I dlλαλλλ=-+不计散射，有：,,,l l dI K I dlλαλλ=-当吸收系数,K αλ为常数时：积分得：,,,0k ll I I eαλλλ-=,,,,1k lk l l l e e αλαλλλατ--=-=另外由于在l 处的dV 空间的气体辐射dq λ,V 和其它气体对dV 的散射，增强了该点l 方向的辐射强度：定义：dV 空间的气体辐射在l 方向的辐射强度：(),,,14V l b dq L K E T dVλλαλλππ==dV 空间的得到其他气体散射在l 方向的辐射强度：()(),,''',,4,44s V s l ldq K S I P d dVλλλλπππ==ΩΩΩΩ⎰所以，得辐射传递方程：()()(),,''',,,,,,41[],4l s s l b l dI K K K I K E T I P d dlλλαλλλαλλλπππ=-+++ΩΩΩΩ⎰若忽略散射：有：(),,,,1l l b dI K I K E T dlλαλλαλλπ=-+再定义光学厚度概念：,,0,1/LLk dl k L k λαλαλαλδ===⎰ 光学薄层：δλ《1。

关于简析强化传热技术及一些典型的应用由于生产和科学技术发展需要强化传热从80年代起就引起了广泛的重视和发展。

表现在设计和制造各类高性能热设备，航空，航天及核聚变等尖端技术，计算机里密集布置电子元件的有效冷却。

正是上述原因促使人们对强化传热进行及为广泛的研究和探讨，从80年代到现在近20多的时间里，世界各国的科学领域里，有关强化传热研究报告举不胜数。

一、强化传热技术的分类（一）导热过程的强化导热是热量传递的三种基本方式之一，它同样也存在着强化问题。

导热是依靠物体中的质量（分子，原子，或自由电子）运动来传递能量。

固体内部不同温度层之间的传热就是一种典型的导热过程，但固体之间接触存在着接触热阻，降低了能量的传递，在高热流场合下，为了尽快导出热量必须设法降低接触热阻，一般可采用以下方法：1、提高接触面之间光洁度或增加物体间的接触压力以增加接触面积2、在接触面之间填充导热系数较高的气体（如氦气）3、在接触面上用电化学方法添加软金属涂层或加软技术垫片（二）辐射换热的强化辐射换热普遍存在于自然界和许多生产过程中，只要物体温度高于绝对零度，它就能依靠电磁波向外发射能量，所以物体之间总是存在着辐射换热，在物之间温度差别不是很大的情况下，辐射换热可以忽略，但在高温设备中辐射却是换热的主要方式。

而影响辐射换热的因素主要有：表面粗糙度，固体微粒，材料。

（三）对流换热强化对流强化传热与流体的物理特性，流动状态，流道几何形状，有无相变发生以及传热壁面的表面状况等许多因素有关。

其中对流换热的有源强化又可分为：利用机械搅动加强流体与壁面间的传热，流体脉动和传热面震动时的对流换热，电磁场作用下的对流换热，经过多孔壁有质量透过时的壁面换热。

而对流换热的无源换热又可分为：管内插入物对传热的增强，涡旋流动的强化传热，添加物对流换热，流化床与埋管间的传热，射流冲击。

二、强化传热的途径在热设备中应用强化传热技术的目的一般有：（1）增加输热量；（2）减少换热面积和缩小设备体积；（3）降低载热剂输送功率的消耗；（4）降低高温部件的温度。

第十章 辐射换热§10-1 热辐射的基本概念一、热辐射的本质和特点辐射是物体通过电磁波传递能量的现象。

热辐射产生的电磁波称为热射线，热射线包含部分紫外线、全部可见光和红外线。

热辐射就是热射线的传播过程。

习惯上又把红外线称为热射线。

热辐射过程有如下特点：（1）热辐射不需要物体间直接接触，也不需要中间介质来传递热量。

（2）热辐射具有一定的波长范围。

（3）热辐射过程不仅包含有能量的传递，而且还存在着能量形式的转换。

（4）一切物体不论温度高低都在不停地发射出热辐射能。

二、吸收比、反射比和透射比当热射线投射到物体表面上时，也会发生吸收、反射和穿透现象。

G= G α+G ρ+G τ等式两边除以G 得：1=++GG G G G G τρα；即1=++τρα 式中，G G αα=，称为吸收比；GG ρρ=，称为反射比；G G ττ=，称为穿透比。

对于一般的固体和液体，热射线是不能穿透的，简化为1=+ρα说明：吸收能力大的固体和液体，其反射能力就小；反之，吸收能力小的固体和液体，其反射能力就大。

凡善于吸收的物体必不善于反射；凡善于反射的物体必不善于吸收。

物体表面的状况对其吸收和反射特性影响很大。

气体对热射线几乎没有反射能力，简化为：1=+τα穿透性好的气体吸收比小，穿透性差的气体吸收比大。

三、黑体、白体和透明体吸收比α=1的物体称为绝对黑体，简称黑体。

反射比ρ=1的物体称为绝对白体，简称白体。

穿透比τ=1的物体称为绝对透明体，简称透明体。

α=1意味着黑体能吸收各种波长的辐射能。

尽管在自然界中并不存在黑体，但可人工制造出十分接近于黑体的模型。

空腔上的小孔具有黑体的性质。

四、灰体所谓灰体，是指单色吸收比αλ与波长无关的物体。

即：常数==ααλ一般物体在红外线范围内的单色吸收比不随波长作明显变化，因而在热辐射计算中，我们把工程材料作为灰体对待不会引起太大的误差。

这一方法不能推广到对太阳辐射的吸收上。

因为太阳表面的高温使太阳辐射中可见光占了大约46%的比例，物体的颜色对可见光的吸收呈强烈的选择性，而常温下物体的红外线辐射一般是与物体颜色无关的。