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工程热力学与传热学：第十一章 辐射换热

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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

工程热力学与传热学-§11-4 辐射换热的计算方法

工程热力学与传热学-§11-4 辐射换热的计算方法

X 1, 2

12
A1Eb1
1
A1
A1
A2
cos1 cos2 r2
dA1dA2
1
A2
A1
A2
cos1 cos2 r2
dA1dA2
可以看出，在上述假设条件下，角系数是几何量，只取
决于两个物体表面的几何形状、大小和相对位置。
（2）角系数的性质
1）相对性（互换性）
2）完整性：
2）代数法： 利用角系数的定义及性质, 通过
代数运算确定角系数。
图(a)、(b)： X1,2 1
A1 X1,2 A2 X 2,1
X 2,1
图(c)
： X1,2

X1,2a

A2a A1

A1 A2
图(d) ：X1,2 X 2,1 1
三个非凹表面构成的封闭空腔
6
§11-4 辐射换热的计算方法
对于黑体表面，=1，表面辐射热阻
为零， J Eb 。
表面辐射热阻网络单元
（2）两个漫灰表面构成的封闭空腔中的辐射换热
若两个漫灰表面1、2构成封闭空腔,
T1>T2，则表面1净损失、表面2净获得的
热量分别为
1

Eb1 J1
1 1
2

J2 Eb2
12
A11
A2 2
11
§11-4 辐射换热的计算方法
A11 A1 X1,2 A2 2
两表面封闭空腔的 辐射网络 ：
12
§11-4 辐射换热的计算方法
对于两块平行壁面构成的封闭空腔：
A1 A2 A
X1,2 X 2,1 1
12

工程热力学与传热学第十一章

工程热力学与传热学第十一章
4 4
在温度T2=627℃时，其辐射力
T2 627 273 2 Eb2 C0 5.67 37.2 W / m 100 100
T Eb C0 100
4
(11 6)
【例11-2】把一黑体表面置于室温为27℃的房间中，
问在热平衡条件下黑体表面的辐射力是多少?若将
黑体加热到627℃，其辐射力又为多少?
解：在热平稳条件下黑体温度与室温相同。此 时其辐射力为
T 27 273 2 Eb1 C0 1 5.67 459 W / m 100 100
max T为6000K时，
热辐射的基本定律
2.斯蒂芬——玻耳兹曼定律 在计算辐射换热时，我们更关心的是黑体的辐 射力 Eb 与温度 T 的关系，即 Eb=f(T) ，由式 (11-2) 和 式 (11-3) 及图 11-3 可见， Eb 即为能量分布曲线与横 坐标所包围的面积，即
Eb

0
物体对热辐射能的吸收、反射和穿透
由此可见:若物体的吸收能力大，则其反射本领 就小，由于此类物体的吸收和反射均系在其表面 进行，故其表面状况对它们的有关特性影响甚大。 气体的情况则有别于此，因气体对辐射能几乎 没有反射能力，可认为ρ=0，此时 α+τ=1 显然，吸收性好的气体，其透射性就差，同时， 气体的辐射和吸收是在整个气体容积中进行的， 这一点和固、液体也不相同。
E C1 5 e
C2 T
(W / m 2 )
(11 3)
1
式中:
λ——波长，m T——黑体的热力学温度，K C1——常数，其值为3.743×10-16W· m2 C2——常数，其值为1.4387×10-2W· K

《传热学辐射换热》PPT课件

《传热学辐射换热》PPT课件
对于平面和凸面： Fii 0
对于凹面：
Fii 0
31
(3) 完整性
对于有n个外表组成的封闭系统，据能量守恒可得:
Q i Q i 1 Q i 2 Q i i Q i N
Q i1Q i2 Q ii Q iN 1
Q i Q i
Q i
Q i
N
F ij F i1 F i2 F ii F iN 1
即
G G
所吸收的波长为的投射辐射，w/m2 波长为的投射辐射，w/m2
1G G 10
E d ,T1 ,T2 b,T2
E d 0 ,T2 b,T2
?
黑体
1
E d 0 ,T1 b,T2 T24
?
24
基尔霍夫定律 〔吸收率与辐射率之间的关系〕
1859年，Kirchhoff 用热力学方法答复了这个问题，从而提出了 Kirchhoff 定律。最简单的推导是用两块无限大平物体，参数分别为Eb, T1 以 及E, , T2，那么当系统处于热平衡时，有
QEAJA 1
因为： E Eb 所以有：QEb1AJAE1bJ
A
外表辐射 热阻
35
5.1 辐射换热热阻
〔2〕空间辐射热阻
Eb Eb
J JJ1 J1
J2 J2
1 1 A A
11 A1F12 A1F12
物体外表1辐射到外表2的辐射能为
Q 12J1A 1F 12
物体外表2辐射到外表1的辐射能为
Q 21 J2A 2F 21
右图是根据上式描绘的黑体单色辐 射力随波长和温度的关系。
m与T 的关系由Wien偏移定律给
出 m T 2 .8 9 6 1 0 3m K
到达最大单色辐射力时的波长

工程热力学习题 第十一章 辐射换热

工程热力学习题 第十一章 辐射换热

工程热力学与传热学第十一章辐射换热习题1.何谓黑体，灰体？引入黑体，灰体的概念对热辐射理论及辐射换热计算有何意义？2.何谓发射率(黑度)，吸收比？写出其定义式。

3.何谓辐射力，辐射强度，有效辐射？4.何谓光谱辐射力？写出它与辐射力之间的关系式。

5.何谓漫发射表面？漫发射表面的辐射力与辐射强度有何关系？6.简述普朗特定律，维恩位移定律的主要内容。

7.请写出斯沁藩-玻耳兹曼定律的表达式。

8.简述基尔霍夫定律的主要内容，写出表达式，说明其适用条件。

9.有人说：“颜色愈黑的物体发射率愈大”。

正确吗？为什么？10.太阳能集热器表面一般涂黑色，以加强对太阳辐射的吸收，是否可以将暖气片表面涂成黑色来增加其辐射散热量？11.何谓角系数？角系数是物理量还是几何量？12.何谓角系数的相对性，完整性和可加性？试用表达式加以说明。

13.绘出3个灰体表面组成的封闭空腔的辐射换热网络，并说明什么是表面辐射热阻，空间辐射热阻？14.简述遮热板的原理。

15.何谓大气“温室效应” ？为什么减少CCh的排放就可以降低温室效应？16.发射率分别为0.3和0.5的两个大平行平板，其温度分别维持在800 °C和370C,在它们之间放置一个两面发射率均为0.05的辐射遮热板。

试计算：(1)没有辐射遮热板时，单位面积的辐射换热量是多少？(2)有辐射遮热板时，单位面积的辐射换热量是多少？(3)辐射遮热板的温度。

习题课有效辐射的计算17.两块平行放置的平板表面发射率均为0.6,其板间距远小于板的宽度和高度，且两表面温度分别为圮427 °C, t2=27 °C。

试计算：(1)板1的自身辐射；(2)对板1的投入辐射；(3)板1的反射辐射；(4)板1的有效辐射；（5）板2的有效辐射；（6）板1, 2间的辐射换热量。

18.两块平行放置的钢板之间的距离与其长和宽相比，可以忽略不计，己知它们的温度和发射率分别为tL427 °C, &二27 °C,八二八二0.8。

热工基础 11 第十一章 辐射换热

热工基础 11 第十一章 辐射换热

（2）如物体的吸收率和发射率与温度有关，则 二者只有处于同一温度下的值才能相等； （3）投射辐射源必须是同温度下的黑体。
Fundamentals of thermal engin
辐射换热的计算方法
表面间的辐射换热与表面几何形状、大小和各表 面的相对位置等几个因素均有关系，这种因素常用角 系数来考虑。角系数的概念是随着固体表面辐射换热 计算的出现与发展，于20世纪20年代提出的，它有很 多名称，如形状因子、可视因子、交换系数等等， 但叫得最多的是角系数。值得注意的是，角系数只对 漫射面(既漫辐射又漫发射)、表面的发射辐射和投射 辐射均匀的情况下适用。
角系数的应用是有一定限制条件的，即漫射面、 等温、物性均匀。
Fundamentals of thermal engineering
热
工
基
础
11-4
辐射换热的计算方法
2. 角系数性质 （1） 相对性
A1 X1,2 A2 X 2,1
（2） 完整性 对于有n个表面组成的封闭系统， 据能量守恒可得：
X1,1 X1, 2 X1,3 X1, n X1,i 1
E 发射率（黑度）： Eb
发射率反映了物体发射辐射能的能力的大小。
光谱发射率（光谱黑度）：
E Eb
发射率与光谱发射率之间的关系为
Fundamentals of thermal engineering
热 工

基

0
Eb d
Eb
础
11-3 实际物体的辐射特性，基尔霍夫定律
对于灰体，＝常数

Eb d
0

Eb

光谱辐射力随波长的变化

《辐射换热》PPT课件

《辐射换热》PPT课件

五、太阳能
五、太阳能
五、太阳能
太阳能空调
四、气体的辐射换热 ◆不同的气体，吸收和发射的能力不同。 ◆单原子和分子构造对称的双原子气体〔如 空气〕，几乎没有吸收和发射能力，可视为 完全透热体。 ◆不对称的双原子和多原子分子〔如水蒸气、 二氧化碳等〕，那么具有相当大的吸收和发 射能力。
〔2〕在太阳光下，白布的吸收率比黑布的小，在 室外穿浅色衣服比较凉快。
3、吸收、反射和透射 对大局部工程材料〔固体〕：不是透热体，即
AR1 对气体：反射率为0，即： AD 1
水蒸气、二氧化碳气体等，只能局部地吸收一定 波长范围内的辐射能。
4、辐射力
辐射力 ：E指在单位时间内物体单位外表积上
向半球空间所有方向发射的全部波长范围内的总
绝对黑体： 2、反射率
—A物如1体：反烟射煤辐、射雪能。的能力。
绝对白体R：
如：磨光的金属外表。
3、透射率 R —物1体透过辐射能的能力。
绝对透明D体：
如：绝对枯：
〔1〕黑体和白体是针对红外线而言的，与光学 上的黑白不同。如：白布和黑布的吸收率差不多，在 室内的感觉是一样的。
1、太阳的温度约5800K，可见光波长范围约：
0.3~ 80.7μ 6m 0.2~2μm
〔
〕
2、工程实际中所遇到0的.7温度~ 6在22μ 0000m K以下，大局部
热射线的范围为：
为红外线
辐射。
8.1 热辐射的概念和根本定 律 一、热辐射的概念
2、热辐射的特点 〔1〕无需媒介物质，可以在真空中进展热 量传播。 〔2〕热辐射过程中不仅有能量的转移，而 且还伴随着能量的转换，即发射时由热能转 变为辐射能，吸收时又由辐射能转换为热能。

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。

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。

工程热力学与传热学(英文) 第11章 辐射换热

工程热力学与传热学(英文) 第11章 辐射换热
nonblackbodies Radiation shields
11-1 Basic Conceptions of Radiation
Heat Transfer（热辐射的基本概念）
热辐射：物体由于受热而向外发射辐射能的现象。 热辐射的波长范围
理论上 ：0— 整个波谱； 日常生活, 工业上常见的温度范围内
1
A perfect emitter and absorber of radiation 吸收,发射辐射能能力最强
distinction Example
A distinction should be made between the idealized blackbody and an ordinary black surface. 黑体，白体不同于黑色物体，白色物体
G G G G or 1 G G G
GGG
G
G
G G
物体对热辐射的 吸收，反射与透过
• Absorptivity α（吸收比） • Reflectivity ρ（反射比） • Transmissivity τ（透过比）
如果投入辐射是某一波长的辐射能Gλ （光谱投入辐射）
• 白雪 ： 0.94（接近黑体）
• 白布，黑布吸收比基本相同 • 玻璃可透过可见光，对红外线几乎不透过
11-2 Blackbody Radiation
（黑体辐射的基本定律）
• Planck’s Law（普朗特定律） • Wien’s displacement law（维恩位移定律） • Stefan- Boltzmann law（斯忒藩-波耳兹曼定律） • Lambert‘s law（兰贝特定律）
In 1900, by Max Planck. The law of the spectral blackbody emissive power （黑体辐射的光谱分布规律）

工程热力学与传热学：第十一章 辐射换热

工程热力学与传热学：第十一章 辐射换热

2. 物体的光谱发射率（光谱黑度）
E Eb
E
Eb
C0
(T 100
)4
因此：
0 Ebd Eb
3. 影响发射率的因素
✓ 物体的种类； ✓ 物体的表面温度； ✓ 物体的表面状况。
只取决于物 体自身特性
实验测定
例如
✓ 种类： 常温下，白色大理石0.95， 镀锌铁皮0.23；
✓ 温度： 氧化的铝表面50℃，ε=0.2， 500℃，ε=0.3；
700K 600K
500K
λ一定时，
T , Eb , Eb
200
Eb 0 [W /(m2 m)]
400K
300K 2 4 6 8 10 102 14 16 18
/ m 黑体的光谱辐射力
随T的升高，Ebλ对应的波长λｍ向短波迁移。
11-2-2 维恩位移定律
光谱辐射力为 Ebλ,max时，λｍ和 T 之间的关系。
推导
可得:
当温度不变时:
dEb 0
d
mT 2.8976 10 3 2.910 3
mK
举例 计算温度分别为2000K 和5800K的黑体 与Ebλ,max对应的λｍ。
解：由维恩位移公式：
说明
T 2000K , T 5800K ,
m
2897.6 2000
1.45
m
m
2897.6 5800
0.5
辐射力 (Emissive power) 单位时间单位面积物体表面向半球空间的所
有方向发射全部波长范围的辐射能的总量，称为 该物体表面的辐射力。E，W/m2
光谱辐射力 (Emissive power) 单位时间单位面积物体表面向半球空间的

工程热力学与传热学-§11-5 遮热板原理

工程热力学与传热学-§11-5 遮热板原理
为44 K。可见，加遮热罩后，相对测温误差由未加遮热罩的 14.4%降低到4.4% 。
抽气式热电偶：遮热罩做成抽气式，以便强化燃气与热
电偶之间的对流换热，提高表面传热系数h。
4
5
辐射换热量减少为原来的1/2，即
121

1 2
12
2
§11-5 遮热板原理
如果加n层同样的遮热板，则辐射热阻将 增大n倍，辐射换热量将减少为：
12n

n
1
112
遮热板通常采用表面发射率小、表面辐射热阻大的材料，
如表面高度抛光的薄铝板，同时在多层遮热板中间抽真空，
加大导热和对流换热热阻。
测温误差可达144 K。
给热电偶端部加一个表面发射率为 3=0.2的遮热罩3，
热电偶端点的热平衡表达式：
hTf T1 1 T14 T34
遮热罩的热平衡表达式：
2hTf T3 3 T34 T24
联立求解以上两式，可求得测温误差 Tf T1 ，结果
遮热板在测温技术中的应用
热电偶测温：热电偶热平衡：
Hale Waihona Puke AhTf T1 A1 T14 T24
误差：Tf T1 1
T14 T24 h
误差和辐射换热量成正比，与 h成反比。
3
§11-5 遮热板原理
当Tf =1 000 K、T2=800 K、 1=0.8、h =40 W/(m2K)时，
§11-5 遮热板原理
§11-5 遮热板原理
遮热板的主要作用就是削弱辐射换热。下面以两块靠得 很近的大平壁间的辐射换热为例来说明遮热板的工作原理。
没有遮热板时，两块 平壁间的辐射换热有2个表 面辐射热阻、1个空间辐射 热阻。

热工基础 第11章 辐射换热

热工基础 第11章 辐射换热
立体角即为某一方向的空间占总空间的大小。
§11.1.4 定向辐射强度
立体角定义：球面面积除以球半径的平方， 单位：sr(球面度)
c r2
dAc rd r sin d
d
dAc r2
sin d d
称为经度角， 称为纬度角（方位角）
§11.1.4 定向辐射强度
定向辐射强度I 定义：
单位时间内、单位可见辐射面积向（ ， ）
辐射力从总体上表征物体发射辐射能本领的大小。 在热辐射的整个波谱内不同波长发出的辐射能是 不同的，如图，每条曲线下的面积表示相应温度 下黑体的辐射力。
§11.1.4 辐射力和光谱辐射力
光谱辐射力 E λ ： 单位时间内，单位波长范围内 ( 包含某一给定波长 ) ，物体的单
位表面积向半球空间发射的能量。单位：W
§11.2.2 Stefan-Boltzmann 定律
Eb
0
Eb
d
0
e
c
2
c15
(T )
1
d
T 4
Eb
C0
(T 100
)4
式中， σ= 5.67×10-8 w/(m2K4)，是Stefan-Boltzmann常 数。
外界投射到物体表面的总能量φ中被物体反射的部分Qρ与Q的比值。 当ρ＝1时称绝对白体。 穿透比τ：
外界投射到物体表面的总能量φ中被物体穿透的部分Qτ与Q的比值。
当τ＝1时称绝对透明体。
由能量守恒定律：α＋ρ＋τ＝1
黑体、镜体(或白体)和透明体都是假定的理想物体。
§11.1.2 吸收比、反射比、穿透比
第11章 辐射换热
第11章 辐射换热
一、基本内容： 1、热辐射的基本概念及黑体辐射三大定律； 2、实际物体的辐射及吸收特性； 3、辐射换热的基耳霍夫定律。

《传热学辐射换热》课件

《传热学辐射换热》课件
制氢系统通常采用热反应器 来将甲烷和水的混合物转化 为氢气，其中对热的要求很 高。
低温热电转换系统的温 度控制
低温热电转换是一种将温差 转化为电能的过程，可应用 于产生绿色能源或冷却系统 等领域。
建筑能耗管理系统中的 热传递分析
建筑能耗管理系统中，热传 递分析可以优化建筑能源使 用、降低环境污染、提高生 活质量等。
3 传递效应
传热时会发生温度场的变化和对流运动的发 生，也会影响介质的分子活动以及物体的变 形。
4 热辐射的种类
热辐射有热辐射、热电子辐射和自由自发辐 射，其中热辐射是最常见的一种。
辐射换热的定义及作用
定义
辐射换热是指热通过电磁波的传 播来换热的过程，该过程与介质 无关。
作用
辐射换热应用十分广泛，如太阳 能电池板、太空舱、食品加热等 多个领域。
传热学辐射换热PPT课件
本课件将介绍热传递的三种方式之一的辐射换热，包括热辐射基础、辐射换 热模型、辐射换热的重要性、计算方法以及在实际应用中的案例。
热传递的基本概念
1 传递方式
热传递分为传导、对流和辐射Байду номын сангаас种方式，其 中辐射换热是在真空或非接触的情况下很重 要的一种方式。
2 传递方式
传热的三种方式的共同点在于都会受到介质 和温度差的影响，而热辐射是通过电磁辐射 传递热量。
分子形壳辐射发生在由多个分子层组成的介质中，介质厚度通常在几纳米到几微 米范围内。
辐射换热模型
1 设计流程
辐射换热模型的设计流程 包括建立数学模型、精度 验证和优化设计。
2 传热原理
辐射换热的传热原理是辐 射能量通过介质，产生电 子的能量变化，从而产生 热量。
3 传热方程

辐射换热PPT课件

辐射换热PPT课件

12 1
21
F1 F2
D、两个曲面组成的封闭体系 (如图d)
12
F2 F1 F2
21
F1 F1 F2
30
第30页/共54页
2.3.3.3灰体间的辐射传热
灰体的有效辐射
J E0 RG E0 (1 A)G
离开表面的净辐射换热量
Q F
J
G
E0
(1
A)G
G
E0
AG
当A=ε时
Q
F 1
(E0
5
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4. 黑体辐射模型
在空心体的壁面 上所开的小孔 具有黑体的性质
1).黑体概念
黑体：是指能吸收投入到其面
上的所有热辐射能的物体，是
一种科学假想的物体，现实生
活中是不存在的。但却可以人
工制造出近似的人工黑体。
小孔尺寸愈小 愈接近黑体
6
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2.3.2热辐射的基本定律 2.3.2.1Planck辐射定律 (第一个定律)
第27页/共54页
12 13
兼顾性
1
2
3
12F1 32F3 42F4
分解性
透热体
28
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常见的几种角系数值
A、两个无限大的平行平面 (如图a)
12 21 1
B、一个平面1和一个曲面2组成的封闭体系(如图 b)
12 1
21
F1 F2
29
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C、一个物体1被另一个物体2包围 (如图c)
2.3.1辐射传热的基本概念
1. 热辐射特点
(1) 定义：由热运动产生的，以电磁波形式传递的能 量；
(2) 特点： a 任何物体，只要温度高于0 K，就会不停地向周围空
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区别
黑体，白体不同于黑色物体，白色物体。
例如
✓ 白雪 ： 0.94 （接近黑体）； ✓ 白布，黑布吸收比基本相同； ✓ 玻璃可透过可见光，对红外线几乎不透过。
11—2 黑体辐射的基本定律
普朗特定律，维恩位移定律， 斯忒藩-波耳兹曼定律，兰贝特定律。
11-2-1 普朗特定律
1. 辐射力和光谱辐射力
镜反射
✓镜反射 (Specular reflection) ✓漫反射 (Diffuse reflection)
热辐射投射到气体表面上：
漫反射
1 0
容积性
漫射表面： 漫反射和漫发射
11-1-2 黑体，镜体和绝对透明体
绝对黑体（黑体）： 1 镜体（白体）： 1 绝对透明体： 1
吸收，发射 辐射能能力最强
辐射力 (Emissive power) 单位时间单位面积物体表面向半球空间的所
有方向发射全部波长范围的辐射能的总量，称为 该物体表面的辐射力。E，W/m2
光谱辐射力 (Emissive power) 单位时间单位面积物体表面向半球空间的
所有方向发射波长λ到λ+dλ范围的辐射能， 称为该物体表面的辐射力。Eλ，W/m3
推导
可得:
当温度不变时:
dEb 0
d
mT 2.8976 10 3 2.910 3
mK
举例 计算温度分别为2000K 和5800K的黑体 与Ebλ,max对应的λｍ。
解：由维恩位移公式：
说明
T 2000K , T 5800K ,
m
2897.6 2000
1.45
m
m
2897.6 5800
0.5
Eb
➢式中: 0 – 黑体辐射常数
0 5.67 108 W /(m2 K 4 ) 0
另一种形式:
T Eb
黑体的辐射力
Eb
C0
(T 100
)
4
W
/
m2
➢式中: C0 – 黑体辐射系数 C0 5.67 W /(m2 K 4 )
举例 计算黑体表面温度为27℃ 和627℃时 的辐射力 Eb。
第十一章 辐射换热
第十一章 辐射换热
内容要求
掌握热辐射的基本概念； 掌握黑体，黑体辐射的基本定律； 实际物体的辐射特性，基尔霍夫定律；
11—1 热辐射的基本概念
热辐射： 物体由于受热而向外发射辐射能的现象。
热辐射的波长范围 理论上 ：0— 整个波谱； 日常生活, 工业上常见的温度范围内
700K 600K
500K
λ一定时，
T , Eb , Eb
200
Eb 0 [W /(m2 m)]
400K
300K 2 4 6 8 10 102 14 16 18
/ m 黑体的光谱辐射力
随T的升高，Ebλ对应的波长λｍ向短波迁移。
11-2-2 维恩位移定律
光谱辐射力为 Ebλ,max时，λｍ和 T 之间的关系。
某一波长的投入辐射Gλ： G G G G
1 G G
G G
G G
光谱吸收比αλ(Absorptivity) 光谱反射比ρλ (Reflectivity)
光谱透射比τλ (Tranmissivity)
2 不同物体表面的辐射特性
热辐射投射到固体，液体表面上： n
1 0
表面性
两种反射现象：
内发出的辐射能量。
L( ,) d
n
W /(m2 sr)
dф
dAcosd
θ
dA2
对各向同性物体表面：
dΩ
L( ,) L( )
dA1
dA1cosθ
光谱辐射强度 L ( ) ：
L( ) 0 L ( )d
则波段内黑体辐射力：
Eb(1 2 ) [Fb(02 ) Fb(01 ) ]Eb
11-2-4 兰贝特定律
1. 立体角
A r2
sr 球面度
对整个半球：
A 2r 2 2 sr
对微元立体角：
d
dA r2
s in dd
sr
n θ
dΩ r dA1
立体角定义
dθ dA2
φ dφ
r sind
rd
dA2
2. 定向辐射强度（辐射强度） 物体单位时间单位可见辐射面积单位立体角
m
✓ 工业上一般高温范围（2000K以下）时， 与Ebλ,max对应的λｍ位于红外线区段；
✓ 温度近于太阳表面温度（5800K）时， 与Ebλ,max对应的λｍ位于可见光区段。
11-2-3 斯忒藩-波耳兹曼定律
1879年斯忒藩（实验）,1884年波耳兹曼（理论） 确定了黑体的 Eb与 T的关系。
Eb 0T 4
E 0 E d
对黑体辐射： Eb Eb
2. 普朗特定律 1900年，普朗特确定黑体辐射的光谱分布规律。
Eb
C15
C2
e T 1
Eb f (,T )
不同温度下黑体的光谱辐射力随波长的变化：
T一定时， : 0 ~ m ~
Eb : 0 ~~ Eb,max ~~ 0
1200 1000 800 700K 600 400
11-1-1 吸收，反射和透射
1 吸收比，反射比和透过比
投入辐射G： 单位时间投射到单位面积物体表面上
全部波长范围内的辐射能。W/ｍ2
根据能量守恒：
G
G
G G G G
或： 1
G
G
G
GGG
G
G
物体对热辐射的 吸收，反射与透过 射
吸收比α(Absorptivity) 反射比ρ(Reflectivity) 透射比τ(Tranmissivity)
解：黑体表面温度为27℃时：
Eb1
C0
( T1 )4 100
5.67 (27 273)4 100
459 W
/
m2
黑体表面温度为627℃时：
分析
Eb2
C0
( T2 )4 100
5.67(627 273)4 100
37.2 103
W
/
m2
T2 3, Eb2 81
T1
Eb1
说明 高温和低温两种情况下，
黑体的辐射能力有明显的差别。
波段内黑体辐射力：
Eb 0 Eb d
实际问题： E E d b(12 )
2 1 b
引入辐射比 Fb(1 2 )
Eb
0
1
2
黑体波段内的辐射力
F b(12 )
E d 2
1
b
0 Eb d
1
0T 4
E d 2
1
b
F F b(02 )
b(01 )
其中： Fb(Βιβλιοθήκη ) 为黑体辐射函数（表11-1）：0.1— 100 µ m， 包括部分紫外线，可见光，部分红外线； 工业上常见温度范围T≤2000K时：
：0.1— 10 µ m
辐射换热（Radiation heat transfer）
发射，吸收 辐射能
T1
q 1,net
q
2,net
T
2
➢ 两物体温度不同时，高温物体失去热量； ➢ 两物体温度相同时，辐射换热量为零。