化工原理-輻射傳熱課件

第四章

傳熱一、基本概念和定律二、兩固體間的輻射傳熱三、對流和輻射的聯(lián)合傳熱第六節(jié)

輻射傳熱2022/12/20第四章

傳熱第六節(jié)

輻射傳熱2022/12/171一、基本概念和定律1、熱輻射

熱輻射：物體因熱的原因發(fā)出輻射能的過程稱為熱輻射

輻射傳熱：不同物體間相互輻射和吸收能量的綜合過程2、熱射線

熱射線：可見光線和紅外光線統(tǒng)稱為熱射線服從反射定律和折射定律

能在均一介質(zhì)中作直線傳播

在真空和大多數(shù)的氣體（惰性氣體和對稱的雙原子氣體）中熱射線可以完全透過

2022/12/20一、基本概念和定律1、熱輻射物體因熱的原因發(fā)出輻射能的過程23、熱輻射對物體的作用

——物體的吸收率

——物體的反射率

——物體的透過率

2022/12/203、熱輻射對物體的作用——物體的吸收率——物體的反射率34、黑體、鏡體、透熱體和灰體

黑體（絕對黑體）：

能全部吸收輻射能的物體，即A=1的物體

鏡體（絕對白體）：

能全部反射輻射能的物體，即R=1的物體

透熱體：能透過全部輻射能的物體，即D=1的物體

灰體：能夠以相等的吸收率吸收所有波長輻射能的物體

灰體的特點(diǎn)：它的吸收率A不隨輻射線的波長而變。它不是透熱體，即A+R=1,D=0。

2022/12/204、黑體、鏡體、透熱體和灰體黑體（絕對黑體）45、物體的發(fā)射能力---斯帝芬-波爾茨曼定律物體的輻射能力：物體在一定的溫度下，單位表面積、單位時間內(nèi)所發(fā)射的全部波長的總能量。用E表示，單位：W/m2。黑體的輻射能力：絕對黑體的輻射能力和絕對溫度的四次方成正比。

——斯蒂芬---波爾茨曼定律

黑體的輻射系數(shù)

2022/12/205、物體的發(fā)射能力---斯帝芬-波爾茨曼定律物體的輻射能力：5灰體的輻射能力EC：灰體的發(fā)射系數(shù)，取決于物體性質(zhì)、表面情況和溫度。

黑度（發(fā)射率）：同一溫度下，灰體的發(fā)射能力與黑體發(fā)射能力的比值。表明：灰體接近黑體的程度，ε值由實(shí)驗測定。實(shí)驗證明：2022/12/20灰體的輻射能力EC：灰體的發(fā)射系數(shù)，取決于物體性質(zhì)、表面情6材料溫度[℃]ε紅磚200.93耐火磚—0.8~0.9鋼板(氧化的)200~6000.8鋼板(拋光的)940~11000.55~0.61鋁(氧化的)200~6000.11~0.19鋁(拋光的)225~5750.039~0.057銅(氧化的)200~6000.57~0.87銅(拋光的)—0.03鑄鐵(氧化的)200~6000.64~0.78鑄鐵(拋光的)330~9100.6~0.7某些工業(yè)材料的黑度2022/12/20材料溫度[℃]ε紅磚200.93耐火磚—0.8~0.9鋼板(76、克?；舴蚨?/p>

——克?；舴蚨?/p>

一切物體的發(fā)射能力與其吸收率得比值均相等，且等于同溫度下的絕對黑體的發(fā)射能力，其值只與溫度有關(guān)。

A灰體B黑體A發(fā)射輻射能全部被B吸收。B發(fā)射輻射能：部分被A吸收；部分被A反射。2022/12/206、克?；舴蚨伞讼；舴蚨梢磺形矬w8由

和

在同一溫度下，物體的吸收率和黑度在數(shù)值上相等。ε表示灰體發(fā)射能力占黑體發(fā)射能力的分?jǐn)?shù)A為外界投射來的輻射能被物體吸收的分?jǐn)?shù)

2022/12/20由和在同一溫度下，物體的吸收率和黑度在數(shù)值上相等。2029二、兩固體間的相互輻射

1、

兩無限大平行灰體壁面之間的相互輻射

工業(yè)上常遇到兩固體間的相互熱輻射，可近似按灰體處理，故較復(fù)雜。兩固體間輻射傳熱的凈傳熱量與兩物體的溫度、形狀、相對位置以及物體本身性質(zhì)有關(guān)。不考慮幾何因素面積很大，距離很近，兩大平行灰體平板間的相互輻射。平板1：T1、E1、A1平板2：T2、E2、A2

2022/12/20二、兩固體間的相互輻射1、兩無限大平行灰體壁1012E1板1輻射總能量：

R2E1R22R12E1R2R1E1R22R1E1R23R12E1R23R13E1R24R13E1板2輻射總能量：2022/12/2012E1板1輻射總能量：R2E1R22R12E1R2R1E1112022/12/202022/12/1712∴板1向板2傳遞的凈輻射熱通量：2022/12/20∴板1向板2傳遞的凈輻射熱通量：2022/12/17132022/12/202022/12/1714C1-2——總輻射系數(shù)

2022/12/20C1-2——總輻射系數(shù)2022/12/1715∴在面積均為A相距很小的平行面間的輻射傳熱速率為：

當(dāng)兩平行壁面間距離與表面積相比不是很小時

，輻射傳熱速率應(yīng)寫為：2022/12/20∴在面積均為A相距很小的平行面間的輻射傳熱速率為：16

C1-2：物體1對物體2的總發(fā)射系數(shù)，取決于壁面的性質(zhì)和兩個壁面的幾何因素。（具體參見書本列表）

例：車間內(nèi)有一高和寬各為3m的鑄鐵爐門，其溫度為227℃，室內(nèi)溫度為27℃。為了減少熱損失，在爐門前50mm處設(shè)置一塊尺寸和爐門相同的而黑度為0.11的鋁板，試求放置鋁板前、后因輻射而損失的熱量。

：幾何因子或角度系數(shù)，表示從輻射面積A所發(fā)射出的能量為另一物體表面所攔截的分?jǐn)?shù)。數(shù)值與兩表面的形狀、大小、相互位置以及距離有關(guān)。

2022/12/20C1-2：物體1對物體2的總發(fā)射系數(shù)，取決于壁面的性17解：(1)放置鋁板前因輻射損失的熱量取鑄鐵的黑度為2022/12/20解：(1)放置鋁板前因輻射損失的熱量取鑄鐵的黑度為2022/18（2）放置鋁板后因輻射損失的熱量用下標(biāo)1、2和i分別表示爐門、房間和鋁板。假定鋁板的溫度為TiK，則鋁板向房間輻射的熱量為：2022/12/20（2）放置鋁板后因輻射損失的熱量2022/12/1719式中：爐門對鋁板的輻射傳熱可視為兩無限大平板之間的傳熱，故放置鋁板后因輻射損失的熱量為：2022/12/20式中：爐門對鋁板的輻射傳熱可視為兩無限大平板之間的傳熱20式中：當(dāng)傳熱達(dá)到穩(wěn)定時，2022/12/20式中：當(dāng)傳熱達(dá)到穩(wěn)定時，2022/12/1721放置鋁板后因輻射的熱損失減少百分率為：結(jié)論：設(shè)置隔熱擋板是減少輻射散熱的有效方法，而且擋板材料的黑度愈低，擋板的層數(shù)愈多，則熱損失愈少。2022/12/20放置鋁板后因輻射的熱損失減少百分率為：結(jié)論：設(shè)置隔熱擋板是減22三、輻射、對流聯(lián)合傳熱

設(shè)備的熱損失等于對流傳熱和輻射傳熱之和

。由于對流散失的熱量：由于輻射而散失的熱量

：∵設(shè)備向大氣輻射傳熱，

2022/12/20三、輻射、對流聯(lián)合傳熱設(shè)備的熱損失等于對流傳熱和輻射傳熱之23改成對流傳熱系數(shù)的形式

——輻射傳熱系數(shù)

2022/12/20改成對流傳熱系數(shù)的形式——輻射傳熱系數(shù)2022/12/124總熱損失量為：

——對流輻射聯(lián)合傳熱系數(shù)

對于有保溫層的設(shè)備、管道等，外面對周圍環(huán)境的對流、輻射聯(lián)合傳熱系數(shù)可用近似公式估算。

2022/12/20總熱損失量為：——對流輻射聯(lián)合傳熱系數(shù)25第四章

傳熱一、基本概念和定律二、兩固體間的輻射傳熱三、對流和輻射的聯(lián)合傳熱第六節(jié)

輻射傳熱2022/12/20第四章

傳熱第六節(jié)

輻射傳熱2022/12/1726一、基本概念和定律1、熱輻射

熱輻射：物體因熱的原因發(fā)出輻射能的過程稱為熱輻射

輻射傳熱：不同物體間相互輻射和吸收能量的綜合過程2、熱射線

熱射線：可見光線和紅外光線統(tǒng)稱為熱射線服從反射定律和折射定律

能在均一介質(zhì)中作直線傳播

在真空和大多數(shù)的氣體（惰性氣體和對稱的雙原子氣體）中熱射線可以完全透過

2022/12/20一、基本概念和定律1、熱輻射物體因熱的原因發(fā)出輻射能的過程273、熱輻射對物體的作用

——物體的吸收率

——物體的反射率

——物體的透過率

2022/12/203、熱輻射對物體的作用——物體的吸收率——物體的反射率284、黑體、鏡體、透熱體和灰體

黑體（絕對黑體）：

能全部吸收輻射能的物體，即A=1的物體

鏡體（絕對白體）：

能全部反射輻射能的物體，即R=1的物體

透熱體：能透過全部輻射能的物體，即D=1的物體

灰體：能夠以相等的吸收率吸收所有波長輻射能的物體

灰體的特點(diǎn)：它的吸收率A不隨輻射線的波長而變。它不是透熱體，即A+R=1,D=0。

2022/12/204、黑體、鏡體、透熱體和灰體黑體（絕對黑體）295、物體的發(fā)射能力---斯帝芬-波爾茨曼定律物體的輻射能力：物體在一定的溫度下，單位表面積、單位時間內(nèi)所發(fā)射的全部波長的總能量。用E表示，單位：W/m2。黑體的輻射能力：絕對黑體的輻射能力和絕對溫度的四次方成正比。

——斯蒂芬---波爾茨曼定律

黑體的輻射系數(shù)

2022/12/205、物體的發(fā)射能力---斯帝芬-波爾茨曼定律物體的輻射能力：30灰體的輻射能力EC：灰體的發(fā)射系數(shù)，取決于物體性質(zhì)、表面情況和溫度。

黑度（發(fā)射率）：同一溫度下，灰體的發(fā)射能力與黑體發(fā)射能力的比值。表明：灰體接近黑體的程度，ε值由實(shí)驗測定。實(shí)驗證明：2022/12/20灰體的輻射能力EC：灰體的發(fā)射系數(shù)，取決于物體性質(zhì)、表面情31材料溫度[℃]ε紅磚200.93耐火磚—0.8~0.9鋼板(氧化的)200~6000.8鋼板(拋光的)940~11000.55~0.61鋁(氧化的)200~6000.11~0.19鋁(拋光的)225~5750.039~0.057銅(氧化的)200~6000.57~0.87銅(拋光的)—0.03鑄鐵(氧化的)200~6000.64~0.78鑄鐵(拋光的)330~9100.6~0.7某些工業(yè)材料的黑度2022/12/20材料溫度[℃]ε紅磚200.93耐火磚—0.8~0.9鋼板(326、克?；舴蚨?/p>

——克?；舴蚨?/p>

一切物體的發(fā)射能力與其吸收率得比值均相等，且等于同溫度下的絕對黑體的發(fā)射能力，其值只與溫度有關(guān)。

A灰體B黑體A發(fā)射輻射能全部被B吸收。B發(fā)射輻射能：部分被A吸收；部分被A反射。2022/12/206、克希霍夫定律——克?；舴蚨梢磺形矬w33由

和

在同一溫度下，物體的吸收率和黑度在數(shù)值上相等。ε表示灰體發(fā)射能力占黑體發(fā)射能力的分?jǐn)?shù)A為外界投射來的輻射能被物體吸收的分?jǐn)?shù)

2022/12/20由和在同一溫度下，物體的吸收率和黑度在數(shù)值上相等。20234二、兩固體間的相互輻射

1、

兩無限大平行灰體壁面之間的相互輻射

工業(yè)上常遇到兩固體間的相互熱輻射，可近似按灰體處理，故較復(fù)雜。兩固體間輻射傳熱的凈傳熱量與兩物體的溫度、形狀、相對位置以及物體本身性質(zhì)有關(guān)。不考慮幾何因素面積很大，距離很近，兩大平行灰體平板間的相互輻射。平板1：T1、E1、A1平板2：T2、E2、A2

2022/12/20二、兩固體間的相互輻射1、兩無限大平行灰體壁3512E1板1輻射總能量：

R2E1R22R12E1R2R1E1R22R1E1R23R12E1R23R13E1R24R13E1板2輻射總能量：2022/12/2012E1板1輻射總能量：R2E1R22R12E1R2R1E1362022/12/202022/12/1737∴板1向板2傳遞的凈輻射熱通量：2022/12/20∴板1向板2傳遞的凈輻射熱通量：2022/12/17382022/12/202022/12/1739C1-2——總輻射系數(shù)

2022/12/20C1-2——總輻射系數(shù)2022/12/1740∴在面積均為A相距很小的平行面間的輻射傳熱速率為：

當(dāng)兩平行壁面間距離與表面積相比不是很小時

，輻射傳熱速率應(yīng)寫為：2022/12/20∴在面積均為A相距很小的平行面間的輻射傳熱速率為：41

C1-2：物體1對物體2的總發(fā)射系數(shù)，取決于壁面的性質(zhì)和兩個壁面的幾何因素。（具體參見書本列表）

例：車間內(nèi)有一高和寬各為3m的鑄鐵爐門，其溫度為227℃，室內(nèi)溫度為27℃。為了減少熱損失，在爐門前50mm處設(shè)置一塊尺寸和爐門相同的而黑度為0.11的鋁板，試求放置鋁板前、后因輻射而損失的熱量。

：幾何因子或角度系數(shù)，表示從輻射面積A所發(fā)射出的能量為另一物體表面所攔截的分?jǐn)?shù)。數(shù)值與兩表面的形狀、大小、相互位置以及距離有關(guān)。

2022/12/20C1-2：物體1對物體2的總發(fā)射系數(shù)，取決于壁面的性42解：(1)放置鋁板前因輻射損失的熱量取鑄鐵的黑度為2022/12/20解：(1)放置鋁板前因輻射損失的熱量取鑄鐵的黑度為2022/43（2）放置鋁板后因輻