化工原理少學(xué)時課件和輔導(dǎo)教程、考試重點例題復(fù)習(xí)題及課后答案24熱輻射

第五節(jié)熱輻射Radiation化工原理少學(xué)時課件和輔導(dǎo)教程、考試重點例題復(fù)習(xí)題及課后答案24熱輻射共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!一、基本概念（一）熱輻射的物理性質(zhì)：凡是熱力學(xué)溫度在零度以上的物體，由于物體內(nèi)部原子復(fù)雜的激烈運動能以電磁波的形式向外發(fā)射熱輻射線，并向周圍空間作直線傳播。

當與另一物體相遇時，則可被吸收、反射和透過，其中被吸收的熱輻射能就轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?/p>

化工原理少學(xué)時課件和輔導(dǎo)教程、考試重點例題復(fù)習(xí)題及課后答案24熱輻射共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!熱輻射的特點：能量傳遞的同時還伴隨著能量形式的轉(zhuǎn)換；不需要任何介質(zhì)，可在真空中傳播?；ぴ砩賹W(xué)時課件和輔導(dǎo)教程、考試重點例題復(fù)習(xí)題及課后答案24熱輻射共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!被反射Qρ穿過物體Qτ被吸收QαN總能量Q能量守恒定律：（二）吸收率、反射率與透過率化工原理少學(xué)時課件和輔導(dǎo)教程、考試重點例題復(fù)習(xí)題及課后答案24熱輻射共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!白體（鏡體）：ρ＝1，即表示全部反射輻射能。如表面磨光的銅，反射率可達到0.97黑體：α＝1即物體全部吸收投射來的各種波長的熱輻射能?；ぴ砩賹W(xué)時課件和輔導(dǎo)教程、考試重點例題復(fù)習(xí)題及課后答案24熱輻射共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!氣體：氣體的輻射和吸收是在整個氣體容積內(nèi)進行的，氣體容積發(fā)射的熱輻射能也是整個容積內(nèi)氣體分子發(fā)射的熱輻射能的總和?；ぴ砩賹W(xué)時課件和輔導(dǎo)教程、考試重點例題復(fù)習(xí)題及課后答案24熱輻射共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!斯蒂芬－波爾茲曼定律（四次方定律）：Eb=σT4Eb－黑體的輻射能力，W/m2σ－斯蒂芬－波爾茲曼常數(shù)，5.67×10-8W/(m2·K4)T－黑體表面的熱力學(xué)溫度，K化工原理少學(xué)時課件和輔導(dǎo)教程、考試重點例題復(fù)習(xí)題及課后答案24熱輻射共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!例4-22試計算一黑體的表面溫度分別為20℃和600℃時的輻射能力的變化?；ぴ砩賹W(xué)時課件和輔導(dǎo)教程、考試重點例題復(fù)習(xí)題及課后答案24熱輻射共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!結(jié)論：同一黑體在不同溫度下輻射能力變化很大，在低溫時，溫度對輻射能力的影響較小，而高溫時可成為主要的傳熱方式?；ぴ砩賹W(xué)時課件和輔導(dǎo)教程、考試重點例題復(fù)習(xí)題及課后答案24熱輻射共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!C－實際物體的輻射系數(shù)，C＝5.67εW/(m2·K4)化工原理少學(xué)時課件和輔導(dǎo)教程、考試重點例題復(fù)習(xí)題及課后答案24熱輻射共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!2.黑度ε在同一溫度下，實際物體的輻射能力E恒小于黑體的輻射能力Eb,ε<1。黑度表示實際物體的輻射能力接近黑體輻射能力的程度，實際物體的黑度越大，其輻射能力就越大?；ぴ砩賹W(xué)時課件和輔導(dǎo)教程、考試重點例題復(fù)習(xí)題及課后答案24熱輻射共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!3.灰體（graybody）物體的單色輻射能力：輻射物體單位面積在單位時間內(nèi)，在某一波長λ下單位波長間隔向空間輻射的能力，以E表示，單位W/（m3·μm）。E＝dE/d黑體的單色輻射能力用符號Eb表示?；ぴ砩賹W(xué)時課件和輔導(dǎo)教程、考試重點例題復(fù)習(xí)題及課后答案24熱輻射共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!三、克希霍夫定律T1>T2A1A2=1對灰體:Ⅰ灰體

Ⅱ黑體

克?；舴蚨蒃Eb(1-α)EbαEbE化工原理少學(xué)時課件和輔導(dǎo)教程、考試重點例題復(fù)習(xí)題及課后答案24熱輻射共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!（一）輻射傳熱速率的計算四、兩固體間的輻射傳熱化工原理少學(xué)時課件和輔導(dǎo)教程、考試重點例題復(fù)習(xí)題及課后答案24熱輻射共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!角系數(shù):表示從表面1發(fā)射的總輻射能（包括自身輻射和反射輻射）中，到達表面2上的分數(shù)?；ぴ砩賹W(xué)時課件和輔導(dǎo)教程、考試重點例題復(fù)習(xí)題及課后答案24熱輻射共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!2.兩個面積大小有限且相等的平行平壁，每個壁面所發(fā)射的輻射能只有部分投射到對方的壁面上。（輻射傳熱面積A=A1=A2，φ<1）化工原理少學(xué)時課件和輔導(dǎo)教程、考試重點例題復(fù)習(xí)題及課后答案24熱輻射共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!討論：1）很大的物體2包住物體1：

2）物體2恰好包住物體1：3）情況1和2間的情況：輻射傳熱面積A=A1輻射傳熱面積A=A1輻射傳熱面積A=A1化工原理少學(xué)時課件和輔導(dǎo)教程、考試重點例題復(fù)習(xí)題及課后答案24熱輻射共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!4.5.4高溫設(shè)備及管道的熱損失對流散熱：

輻射散熱：

令=1

總熱損失：

式中 T——對流-輻射聯(lián)合傳熱系數(shù)，W/(m2.K)?；ぴ砩賹W(xué)時課件和輔導(dǎo)教程、考試重點例題復(fù)習(xí)題及課后答案24熱輻射共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!名稱波長λ，μm紫外線0.1～0.38可見光0.38～0.76紅外線0.76～1000熱輻射線大部分能量集中在0.76～20μm化工原理少學(xué)時課件和輔導(dǎo)教程、考試重點例題復(fù)習(xí)題及課后答案24熱輻射共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!透熱體：τ＝1，即物體對投射來的熱輻射既不吸收也不反射，而是全部透過。

1.分子結(jié)構(gòu)對稱的雙原子氣體可認為是近似的透熱體,如：O2、H2、N2。

2.分子結(jié)構(gòu)不對稱的雙原子氣體和多原子氣體，一般具有較大的輻射能力和吸收能力，如：CO、CO2、SO2、CH4和水蒸氣等。（三）透熱體、白體與黑體化工原理少學(xué)時課件和輔導(dǎo)教程、考試重點例題復(fù)習(xí)題及課后答案24熱輻射共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!固體、液體：透過率τ=0吸收率α+反射率ρ=1固體和液體向外發(fā)射熱輻射線和吸收投射來的熱輻射線都是在物體表面進行的，因而，其表面情況對熱輻射的影響較大。（四）固體、液體與氣體的熱輻射特點化工原理少學(xué)時課件和輔導(dǎo)教程、考試重點例題復(fù)習(xí)題及課后答案24熱輻射共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!二、輻射能力與斯蒂芬－波爾茲曼(Stefan-Boltzmann)定律(一)黑體的輻射能力與斯蒂芬－波爾茲曼定律物體在一定溫度下，單位表面積，單位時間內(nèi)所發(fā)射的全部輻射能（波長從0到），稱為該物體在該溫度下的輻射能力（emissivepower），以E表示。E=Q/AE－輻射能力，W/m2Q－輻射能，WA－物體表面積，m2化工原理少學(xué)時課件和輔導(dǎo)教程、考試重點例題復(fù)習(xí)題及課后答案24熱輻射共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!Cb－黑體的輻射系數(shù)，5.67W/(m2·K4)應(yīng)用時，常表示為：化工原理少學(xué)時課件和輔導(dǎo)教程、考試重點例題復(fù)習(xí)題及課后答案24熱輻射共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!化工原理少學(xué)時課件和輔導(dǎo)教程、考試重點例題復(fù)習(xí)題及課后答案24熱輻射共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!（二）實際物體的輻射能力、黑度與灰體1.實際物體的輻射能力在一定溫度下，黑體的輻射能力最大。實際物體的輻射能力E與同溫度下黑體的輻射能力Eb之比稱為該物體的黑度（blackness），以ε表示，ε=E/EbE－實際物體的輻射能力，W/m2Eb－黑體的輻射能力，W/m2ε－黑度化工原理少學(xué)時課件和輔導(dǎo)教程、考試重點例題復(fù)習(xí)題及課后答案24熱輻射共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!化工原理少學(xué)時課件和輔導(dǎo)教程、考試重點例題復(fù)習(xí)題及課后答案24熱輻射共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!影響因素：（自身狀態(tài)）（1）表面的材料：一般非金屬的黑度較大；（2）溫度：金屬的黑度常隨溫度的升高而略增大；（3）表面狀況（粗糙度、氧化程度）：對同一金屬材料，粗糙表面的黑度較大；氧化表面的黑度常比非氧化表面高一些?；ぴ砩賹W(xué)時課件和輔導(dǎo)教程、考試重點例題復(fù)習(xí)題及課后答案24熱輻射共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!對任一波長，灰體的單色輻射能力與黑體的單色輻射能力之比均等于灰體的黑度，即：化工原理少學(xué)時課件和輔導(dǎo)教程、考試重點例題復(fù)習(xí)題及課后答案24熱輻射共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!結(jié)論：（1）任何物體的發(fā)射能力與吸收率的比值均相同，且等于同溫度下絕對黑體的輻射能力。物體的輻射能力越強，其吸收率越大。（2）α=＝E/Eb即同溫度下，物體的吸收率與黑度在數(shù)值上相等。（３）α＜１，Ｅ＜Ｅb，即在任何溫度下，各種物體中以絕對黑體的發(fā)射能力為最大。化工原理少學(xué)時課件和輔導(dǎo)教程、考試重點例題復(fù)習(xí)題及課后答案24熱輻射共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!式中Q1-2—輻射傳熱系數(shù)；WC1-2—總輻射系數(shù)；W/(m2·K4)（與兩壁面的黑度以及黑體的輻射系數(shù)有關(guān)）A—平面的傳熱面積；m2（取其中較小的一個）—角系數(shù)(與兩物體的形狀、尺寸、相對位置以及距離有關(guān))。從高溫物體1傳給低溫物體2的輻射傳熱系數(shù)：化工原理少學(xué)時課件和輔導(dǎo)教程、考試重點例題復(fù)習(xí)題及課后答案24熱輻射共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!參數(shù)的計算：1.兩個面積無限大（或很大）而距離很近的平行平壁，每個壁面所發(fā)射的輻射能全部投射到對方的壁面上。（輻射傳熱面積A=A1=A2，φ＝1）式中，Cb為黑體的輻射系數(shù)，為5.76W/(m2·K4)化工原理少學(xué)時課件和輔導(dǎo)教程、考試重點例題復(fù)習(xí)題及課后答案24熱輻射共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!3.一物體被另一物體包圍時的輻射化工原理少學(xué)時課件和輔導(dǎo)教程、考試重點例題復(fù)習(xí)題及課后答案24熱輻射共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!影響輻射傳熱的因素1.溫度的影響ＱT4，

低溫時可忽略，高溫時可能成為主要方式2.幾何位置的影響3.表面黑度的影響Ｑ，可通過改變黑度的大小強化或減小輻射傳熱。4.輻射表