11第四章 辐射传热

《热辐射及辐射传热 》ppt课件
目录
• 热辐射概述 • 辐射传热原理 • 热辐射与辐射传热的关联 • 热辐射与辐射传热的实验研究 • 总结与展望
01
热辐射概述
热辐射的定义
01
热辐射：物体由于具有温度而辐射电磁波的现象。
02
热辐射与热传导、热对流并列，是热量传递的三种 方式之一。
03
热辐射不需要物体间相互接触，可以在真空中传播 。
能利用等。
热辐射与辐射传热的研究前景展望
新理论和新方法的探索
01
展望未来在热辐射和辐射传热领域的新理论和新方法的研究，
如量子热辐射理论等。
交叉学科的研究
02
强调了热辐射和辐射传热与其他学科交叉研究的可能性，如生
物学中的光合作用过程等。
实际应用的拓展
03
探讨了未来在各领域中热辐射和辐射传热的更多应用，如航天

热辐射的特性
1
热辐射具有光谱性，其电磁波的波长分布与物体 的温度和组成有关。
2
温度越高，热辐射的强度越大，波长越短。
3
热辐射的传播不需要介质，可以在真空中传播。
热辐射的应用
红外线加热
利用红外线波长较长的特性，用于加热物体和烘 干物料。
红外诊断和理疗
利用红外线波长较短的特性，用于诊断疾病和理 疗。
实验原理
热辐射是物体通过电磁波形式传递能量的过程，辐射传热则是通过物体之间的 辐射能量交换实现热量传递。本实验将通过具体实验操作和数据分析，探究热 辐射和辐射传热的规律。
实验设备与实验步骤
实验设备：黑体辐射源、光谱辐射计 、温度传感器、恒温槽、支架、实验
数据处理软件等。
实验步骤
1. 准备实验设备，搭建实验装置；

传热学试题库含参考答案《传热学》试题库第一章概论一、名词解释1．热流量：单位时间内所传递的热量2．热流密度：单位传热面上的热流量3．导热：当物体内有温度差或两个不同温度的物体接触时，在物体各部分之间不发生相对位移的情况下，物质微粒(分子、原子或自由电子)的热运动传递了热量，这种现象被称为热传导，简称导热。

4．对流传热：流体流过固体壁时的热传递过程，就是热对流和导热联合用的热量传递过程，称为表面对流传热，简称对流传热。

5．辐射传热：物体不断向周围空间发出热辐射能，并被周围物体吸收。

同时，物体也不断接收周围物体辐射给它的热能。

这样，物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递，称为表面辐射传热，简称辐射传热。

6．总传热过程：热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，称为总传热过程，简称传热过程。

7．对流传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的对流传热量，单位为W／(m2·K)。

对流传热系数表示对流传热能力的大小。

8．辐射传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的辐射传热量，单位为W／(m2·K)。

辐射传热系数表示辐射传热能力的大小。

9．复合传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的复合传热量，单位为W／(m2·K)。

复合传热系数表示复合传热能力的大小。

10．总传热系数：总传热过程中热量传递能力的大小。

数值上表示传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间内的传热量。

四、简答题1．试述三种热量传递基本方式的差别，并各举1～2个实际例子说明。

（提示：从三种热量传递基本方式的定义及特点来区分这三种热传递方式）2．请说明在传热设备中，水垢、灰垢的存在对传热过程会产生什么影响?如何防止?（提示：从传热过程各个环节的热阻的角度，分析水垢、灰垢对换热设备传热能力与壁面的影响情况）3.试比较导热系数、对流传热系数和总传热系数的差别，它们各自的单位是什么?（提示：写出三个系数的定义并比较，单位分别为W/(m·K)，W/(m2·K)，W/(m2·K)）4．在分析传热过程时引入热阻的概念有何好处?引入热路欧姆定律有何意义?（提示：分析热阻与温压的关系，热路图在传热过程分析中的作用。

辐射传热与物质属性
吸收率
物质对辐射能的吸收能力，决定 了物质在辐射传热过程中的热量
吸收量。
发射率
物质发射辐射的能力，决定了物质 在辐射传热过程中的热量发射量。
反射率
物质对辐射能的反射能力，决定了 物质在辐射传热过程中的热量反射 量。
辐射传热的基本定律
斯蒂芬-玻尔兹曼定律
描述了物体发射和吸收辐射能与温度和表面积的关系。
证空间物体的正常运行和安全。
05
辐射传热的未来发展
高光谱辐射传热计算
总结词
高光谱辐射传热计算是一种利用高光谱分辨率数据计算辐射传热的方法，具有更高的精度和更广泛的应用前景。
详细描述
高光谱辐射传热计算通过获取物体在不同光谱波段的辐射特性，能够更准确地模拟和预测物体间的辐射传热过程 ，对于能源利用、环境保护和航天探测等领域具有重要意义。
辐射传热的计算B课 件
xx年xx月xx日
• 辐射传热的基本概念 • 辐射传热的计算方法 • 实际物体的辐射传热计算 • 辐射传热的应用 • 辐射传热的未来发展
目录
01
辐射传热的基本概念
定义与特性
定义
辐射传热是指通过电磁波传递能量的 过程，是物质之间相互传递能量的重 要方式之一。
特性
辐射传热不受物质形态的限制，可以 在真空中传播，且传播速度与光速相 同。
04
辐射传热的应用
工业炉的辐射传热计算
工业炉是工业生产中常用的设备，其辐射传热 计算对于提高生产效率和产品质量具有重要意 义。
工业炉的辐射传热计算需要考虑炉膛内温度场 、辐射物质的光谱特性、炉膛内壁的发射率等 因素，通过建立数学模型进行计算。
计算结果可以为工业炉的优化设计提供依据， 如改进炉膛结构、调整温度分布等，从而提高 炉子的热效率和生产效率。

1．热量传递的三种基本方式为热传导、热对流、热辐射。

2．热流量是指单位时间内所传递的热量，单位是W。

热流密度是指单位传热面上的热流量，单位W/m2。

3．总传热过程是指热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，它的强烈程度用总传热系数来衡量。

4．总传热系数是指传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间内的传热量，单位是W ／(m2·K)。

（传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间内的传热量，W／(m2·K)）5．导热系数的单位是W／(m·K)；对流传热系数的单位是W／(m2·K)；传热系数的单位是W／(m2·K)6．复合传热是指对流传热与辐射传热之和，复合传热系数等于对流传热系数与辐射传热系数之和，单位是W／(m2·K)。

7．单位面积热阻r t的单位是m2·K/W；总面积热阻R t的单位是K/W。

8．单位面积导热热阻的表达式为δ/λ9．单位面积对流传热热阻的表达式为1/h。

10．总传热系数K与单位面积传热热阻r t的关系为r t=1/K。

11．总传热系数K与总面积A的传热热阻R t的关系为R t=1/KA。

12．稳态传热过程是指物体中各点温度不随时间而改变的热量传递过程。

13．非稳态传热过程是指物体中各点温度随时间而改变的热量传递过程。

14．某燃煤电站过热器中，烟气向管壁传热的辐射传热系数为30W/(m2.K)，对流传热系数为70W/(m2.K),其复合传热系数为100 W/(m2.K)15．由炉膛火焰向水冷壁传热的主要方式是热辐射。

16．由烟气向空气预热器传热的主要方式是热对流。

17．已知一传热过程的热阻为0.035K/W，温压为70℃，则其热流量为2kW。

18．一大平壁传热过程的传热系数为100W/(m2.K)，热流体侧的传热系数为200W/(m2.K)，冷流体侧的传热系数为250W／(m2.K)，平壁的厚度为5mm，则该平壁的导热系数为5 W/(m.K)，导热热阻为0.001(m2.K)/W。

C12S[(1T010 ) 4
( T2 )4 ] 100
取铸铁的黑度为 1 0.78
S S1 33 9m2
C12 C01 5.67 0.78 4.423W /(m2 K 4)
1
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化工原理
Q12
4.42319[( 227 273)4 100
( 27 273)4 ] 100
4
Eb——黑体的辐射能力，W/m2
Σ0——黑体的辐射系数，5.669×10-8W/（m2·K4)
C0——黑体的辐射系数，5.669W/（m2·K4)
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化工原理
黑度（发射率）： 同一温度下，灰体的发射能力与黑体发 射能力的比值
E
Eb
E
Eb
C0
T 100
4
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化工原理
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化工原理
射 线
伦 琴 射 线
约为 0.4-600 m
热射线
无
紫 外 线
可 见 光
红 外
线 电 波
线
波长 m
106 105104 103 102 101 1 10 102 103 104
电磁波谱
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化工原理
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化工原理
3. 热辐射对物体的作用
QA QR QD Q QA QR QD 1 QQQ
ARD 1
A=QA/Q ——物体的吸收率
R=QR/Q ——物体的反射率
D=QD/Q ——物体的透过率
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化工原理
4. 黑体、镜体、透热体和灰体
黑体（绝对黑体）：能全部吸收辐射能的物体，即A=1的物体 镜体（绝对白体）：能全部反射辐射能的物体，即R=1的物体 透热体 ：能透过全部辐射能的物体，即D=1的物体 灰体 ：能够以相等的吸收率吸收所有波长辐射能的物体 灰体的特点：

式中：
S = S1 = 9m 2
1
ϕ =1
ϕ =1
∴ Qi − 2 = 0.624 × 9[( Ti 4 ) − 81] 100
C1-i =
C0 1 = = 0.605W/(m 2 ⋅ K 4 ) 1 1 1 + −1 + −1 ε1 ε i 0.78 0.11
∴ Q1−i = 0.605 × 9[625 − (
S = S1 = 3 × 3 = 9m 2
∴ Q1− 2 = 4.423 ×1× 9 × [(
227 + 273 4 27 + 273 4 ) −( ) ] 100 100
= 2.166 ×104 W
（2）放置铝板后因辐射损失的热量 用下标 1、 2和 i分别表示炉门、房间和铝板。假定铝板的 温度为TiK，则铝板向房间辐射的热量为：
⎛ T ⎞ = εC 0 ⎜ ⎟ ⎝ 100 ⎠
钢板(氧化) 铜(磨光) 钢板(磨光) 铝(氧化) 铸铁(氧化) 铝(磨光)
E1 = A1 Eb
E1 = Eb A1
E E1 E2 = = = K = Eb = f (T ) A A1 A2
——克希霍夫定律
二 两固体间的相互辐射
1 两无限大平行灰体壁面之间的相互辐射
物体在一定的温度下，单位表面积、单位时间内所发射
∴ E = ∫ EΛ d Λ
0
Λ
绝对黑体的单色发射能力 EbΛ 随波长的变化的规律 ：
物体发射能力： 的全部波长的总能量。用E表示，单位：W/m2。
EbΛ =
c1Λ−5 e ΛT − 1
c2
普朗克定律
单色辐射能力： 单位表面积、单位时间内的发射某一特定波长的能 力。

13．初始条件是指。
（如以某时刻作为时间的起算点，在该时刻导热物体内的温度分布）
14．通过长圆筒壁导热时，圆筒壁内的温度呈分布规律.
（对数曲线）
15．温度梯度表示温度场内的某一地点等温面法线方向的。
（温度变化率）
16．第二类边界条件是指。
（给定物体边界上任何时刻的热流密度qw分布）
三、选择题
1．当采用加肋片的方法增强传热时，最有效办法是将肋片加在哪一侧? ( )
(1)K＝50W/(m2.K)，rt＝0.05m2.K/W
(2)K＝0.02W/(m2.K)，rt＝50m2.K/W
(3)K＝50W/(m2.K)，rt＝0.02m2.K/W
(4)K＝50W/(m2.K)，rt＝0.05K/W
15．平板的单位面积导热热阻的计算式应为哪一个?
(1)δ/λ(2)δ/(KA) (3)1／h (4)1/(KA)
5．按照导热机理，水的气、液、固三种状态中_______态下的导热系数最小。
（气）
6．一般，材料的导热系数与_____和_____有关。
（种类，温度）
7．保温材料是指_____的材料.
（λ≤0.12 W/(m·K)(平均温度不高于350℃时)）
8．已知材料的导热系数与温度的关系为λ＝λ0(1+bt)，当材料两侧壁温分别为t1、t2时，其平均导热系数可取下的导热系数。
（傅立叶， ）
2．非稳态导热时，物体内的_____场和热流量随_____而变化。
（温度，时间）
3．导温系数的表达式为_____，单位是_____，其物理意义为_____。
（a=λ/cρ,m2/s,材料传播温度变化能力的指标）
4．肋效率的定义为_______。

关，由实验测定。 由实验测定。 三、灰体的辐射能力
T T E = εE 0 = εC 0 = C 100 100
4 4
C——灰体的辐射系数，C= εC0 灰体的辐射系数， 灰体的辐射系数
3.5.3 克希霍夫定律
E1 E0
（1-A1）E0 Ⅰ 灰体 Ⅱ 黑体
对灰体: 对灰体
Q = E1 − A1 E0
热交换达到平衡时 T1=T0
A1 E0
E1 = A1 E 0 ⇒
E1 = E0 A1
T1 > T0 A1 A0=1
E1 E = = E0 任一灰体: 任一灰体 A A1
克希霍夫定律
结论： 结论： （1）物体的辐射能力越强，其吸收率越大； ）物体的辐射能力越强，其吸收率越大； （2）A=ε ） 同温度下，物体的吸收率与黑度在数值上相等； 同温度下，物体的吸收率与黑度在数值上相等； （3）A＜１，E＜ E０ ） ＜ ＜ 在任何温度下、各种物体中以黑体的辐射能力为 在任何温度下、各种物体中以黑体的辐射能力为 黑体 最强。 最强。
以上情况的A确定及 以上情况的 确定及C1-2、 ϕ1-2的求取参见有 确定及 关的图表。 关的图表。
影响辐射传热的因素 1. 温度的影响
Ｑ∝ ∆T4；低温可忽略，高温可能成为主要方式 低温可忽略，
2. 几何位置的影响 3. 表面黑度的影响
Ｑ∝ ε，可通过改变ε大小强化或减小辐射传热
4. 辐射表面间介质的影响 减小辐射散热，在两换热面加遮热板（ 小热屏） 减小辐射散热，在两换热面加遮热板（ ε小热屏）
α T = 9.8 + 0.07( t W − t )
管道及圆筒壁保温层外 α T = 9.4 + 0.052( t W − t ) （2）空气沿粗糙壁面强制对流 ） 空气速度u≤5m/s 空气速度 空气速度u>5m/s 空气速度

ε λ ( λ , T ) ≡ E λ ( λ , T ) / E bλ ( λ , T )
13
11.3.2 吸收比
实际物体的吸收比既与表面本身的物理特征有关， 实际物体的吸收比既与表面本身的物理特征有关，也和投 吸收比既与表面本身的物理特征有关 射辐射的光谱分布有关，即与投射辐射源的温度、它的光 射辐射的光谱分布有关，即与投射辐射源的温度、 谱发射率随波长的变化规律有关 。
2
热辐射的本质是电磁波 传热学最感兴趣的是0.1 ~ 100 µm的波段波长范围，称为 的波段波长范围， 传热学最感兴趣的是 的波段波长范围 热辐射波段。其中从0.38 ~ 0.76 µm是可见光，0.76 µm 以 是可见光， 热辐射波段。其中从 是可见光 上是红外能量。 为界， 上是红外能量。以2 µm和4 µm为界，红外辐射又细分为 和 为界 近红外、中红外和远红外三段 近红外、中红外和远红外三段 .
11.4 太阳辐射与环境辐射
太阳直径1.39×109 m × 太阳直径 表面温度5 表面温度 762 K 总辐射功率达到3.8× 总辐射功率达到 ×1026 W 到达地球范围的辐射能量仅 占总量的22亿分之一 亿分之一。 占总量的 亿分之一。
17
地球大气层外的辐射能量密度仅1367±6 W/m2 ± 地球大气层外的辐射能量密度仅 北纬40° 平均辐射热流密度只有140.6 W/m2，6月份 北纬 °的24 h平均辐射热流密度只有 平均辐射热流密度只有 月份 时提高到383 W/m2 。 时提高到 太阳辐射包括直射和散射 天空辐射 地球的大气层对辐射具有双重作用， 温室效应 ：地球的大气层对辐射具有双重作用，它一方 面削弱了太阳的投射辐射（主要能量位于0.3 ~ 3 µm）， 面削弱了太阳的投射辐射（主要能量位于 ）， 同时它几乎完全阻挡了地球向太空发射的长波红外辐射 波长主要在10 以外）。 （波长主要在 µm以外）。对不同波段辐射能量表现出 以外）。对不同波段辐射能量表现出 来的这种“选择性”透过是形成温室效应的基本原因。 来的这种“选择性”透过是形成温室效应的基本原因。

第4章辐射传热
9-2 该题要注意以下几个问题：
①求单位面积容器壁的散热量就是指求热流密度q。

②题目中给定的是摄氏温度，要注意化成热力学温度，否则计算结果肯定是错误的。

③抽低真空是保持夹层保温效果的有效途径。

④使用的求热流密度的表达公式要切记！！
9-3 该题要注意面积的求解，有四个壁面，钢管前后是空的，不能计算面积。

再举一例：如附图所示的人工黑体空腔，温度为T2，内表面积为A2，发射率为ε2。

小孔的表面积等于A1。

试推导小孔表观发射率的计算式。

表观发射率的定义为：小孔在空腔表面温度下的辐射能与相同面积、相同温度下的黑体辐射能之比。

解：空腔为漫灰表面且温度均匀，但小孔不是漫灰表面，无法应用公式，怎么办？
可作小孔外的假想包壳面3的漫灰表面，并设定它的温度为T3，内表面积为A2，发射率为ε2。

这样就可以应用公式了。

空腔内表面与外部环境间的辐射热交换可以表示为：
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23
2,3
3
2
2222,333
1
11
b b
E E
A A X A
ε
ε
εε
-
Φ=
-
-
++
2,31,3
Φ=Φ
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第页
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2019/12/20
由 E E0
和
E A

E0
A E
E0
•在同一温度下，物体的吸收率和黑度在数值上相等。 •ε表示灰体发射能力占黑体发射能力的分数 •A为外界投射来的辐射能被物体吸收的分数
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二、两固体间的相互辐射
1、 两无限大平行灰体壁面之间的相互辐射
• 工业上常遇到两固体间的相互热辐射， 可近似按灰体处理，故较复杂。两固体 间辐射传热的净传热量与两物体的温度、 形状、相对位置以及物体本身性质有关。
射能力的比值。表明：灰体接近黑体的
程度，ε值由实验测定。 E C
E
E0

C0

T 100

4
E0 C0
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某些工业材料的黑度
材料
温度[℃]
红砖
20
耐火砖
—
钢板(氧化的)
200~600
钢板(抛光的)
940~1100
铝(氧化的)
200~600
铝(抛光的)
q12

1
C0 1

T1
4


T2
4
1 100 100
1 2
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q12

C12
T1 100
4


T2 100
4
C12
C0 1 1 1

1

1 1

1
1 2 QA QR QD Q
ARD 1
QA QR QD 1 QQQ
A QA Q
R QR Q

Eb ：黑体的单色辐射力
单位为： W/ (㎡·μm) 或W/㎡·m
以后用下标b表示黑体的参数。
用下标表示单色。
据普朗克定律绘成了曲线如图所示。
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从上图可得出如下结论：
1 随着温度的升高，黑体的单色辐射力和辐射力迅 速的增加。
2 每一条曲线都有一峰值。在=0和=∞时，
一 人工黑体模型 人为构造的黑体模型如图所示：
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二 普朗克定律
给出了黑体的单色辐射力Eλ 与波长和绝对温度的关
系。
表达式：
Eb
c1 5
e(
c2
T
)
1
式中:
： 波长 m (m) ；T：绝对温度 K
C1 ：普朗克第一常数， C1=2hC2 C ：光速，C = 3×10 8 m/s
h：普朗克常数，h = 6.625×10 -34 J ·S (WS2)
第四章 辐射传热
§4—1 基本概念
一 热辐射的本质和特点：
1 本质: 是众多的辐射现象的一种，由于温度的 原因而产生的辐射叫热辐射。
本质 : 电磁波辐射。(红外辐射)
热射线：波长在0.1—100µm之间，理论上 为0—∞范围。
分类：0.1-- 0.38 紫外线 0.38--0.76 可见光 0.76--100 红外线
C 1 = 3.742×10 -16 w·㎡ = 3.742×10 8 w ·μm 4/㎡
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C 2 ：普朗克第二常数， C 2 = hC / k , h同上，普朗克常数； k : 波尔兹曼常数，
k = 1.38×10 -23 J / (mol·K) C 2 = hC / k = 1.439×10 -2 m·K