傳熱學(xué)-第八章熱輻射特性

傳熱學(xué)-第八章熱輻射特性匯報(bào)人：AA2024-01-20目錄CONTENTS熱輻射基本概念與定律物體表面熱輻射特性熱輻射傳遞過程分析熱輻射與其他傳熱方式耦合作用熱輻射在工程中應(yīng)用實(shí)例01熱輻射基本概念與定律熱輻射定義及特點(diǎn)熱輻射定義物體由于具有溫度而輻射電磁波的現(xiàn)象。熱輻射特點(diǎn)不依靠介質(zhì)傳播，在真空中也能進(jìn)行；伴隨能量轉(zhuǎn)化；具有連續(xù)性和間斷性。黑體輻射黑體發(fā)出的熱輻射。黑體是一種理想化物體，能吸收所有波長(zhǎng)的電磁輻射，不會(huì)有任何的反射與透射。基爾霍夫定律在熱平衡狀態(tài)的物體所輻射的能量與吸收的能量之比與物體本身物性無關(guān)，只與波長(zhǎng)和溫度有關(guān)。黑體輻射與基爾霍夫定律描述黑體輻射的公式，表示黑體單位面積在單位時(shí)間、單位立體角內(nèi)和單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)輻射出的能量。普朗克公式揭示了黑體輻射的分布規(guī)律，為量子力學(xué)的誕生奠定了基礎(chǔ)。普朗克公式的意義普朗克公式及意義斯特藩-玻爾茲曼定律斯特藩-玻爾茲曼定律的意義斯特藩-玻爾茲曼定律揭示了黑體輻射的總能量與溫度的關(guān)系，為熱輻射測(cè)量提供了理論依據(jù)。黑體單位面積發(fā)射的總輻射功率與黑體絕對(duì)溫度的四次方成正比。02物體表面熱輻射特性發(fā)射率定義影響因素發(fā)射率定義及影響因素發(fā)射率是指物體表面輻射出射度與相同溫度下黑體輻射出射度之比，它反映了物體表面向外發(fā)射輻射的能力。發(fā)射率受物體表面的材料、溫度、波長(zhǎng)、觀察角度等因素的影響。灰體01灰體是指發(fā)射率小于1且不隨波長(zhǎng)變化的物體?；殷w的發(fā)射率介于黑體和白體之間。黑體02黑體是一種理想化的物體，它能夠吸收所有入射的輻射能量，不會(huì)有任何反射或透射。黑體的發(fā)射率為1。白體03白體是指反射所有入射輻射的物體，其發(fā)射率為0。灰體與黑體、白體比較通過測(cè)量物體表面的反射輻射來推算其發(fā)射率。反射法通過測(cè)量物體表面的透射輻射來推算其發(fā)射率。透射法利用多個(gè)波長(zhǎng)的輻射測(cè)量數(shù)據(jù)來推算物體表面的發(fā)射率。多波長(zhǎng)法真實(shí)物體表面發(fā)射率測(cè)量方法123表面粗糙度增加會(huì)使物體表面更不平整，從而增加表面對(duì)輻射的吸收和散射，導(dǎo)致發(fā)射率增大。表面粗糙度增加，發(fā)射率增大表面粗糙度對(duì)不同波長(zhǎng)的輻射影響不同，一般來說，波長(zhǎng)越短，受表面粗糙度的影響越大。不同波長(zhǎng)下影響不同在實(shí)際應(yīng)用中，需要考慮表面粗糙度、材料性質(zhì)、溫度等多因素對(duì)發(fā)射率的綜合影響?？紤]多因素影響表面粗糙度對(duì)發(fā)射率影響03熱輻射傳遞過程分析角系數(shù)定義及計(jì)算方法描述兩個(gè)表面之間熱輻射傳遞能力的無量綱量，表示一個(gè)表面發(fā)出的熱輻射被另一個(gè)表面接收到的比例。角系數(shù)的定義通過幾何光學(xué)方法或數(shù)值計(jì)算方法求解，涉及表面形狀、相對(duì)位置、觀察角度等因素。計(jì)算方法VS描述一個(gè)表面相對(duì)于另一個(gè)表面的幾何形狀對(duì)熱輻射傳遞影響的無量綱量。應(yīng)用在熱輻射傳遞計(jì)算中，形狀因子可用于簡(jiǎn)化復(fù)雜的多表面系統(tǒng)，將其轉(zhuǎn)化為等效的兩個(gè)灰體表面之間的熱輻射傳遞問題。形狀因子的定義形狀因子在熱輻射中應(yīng)用多表面系統(tǒng)熱輻射傳遞的特點(diǎn)涉及多個(gè)表面之間的熱輻射傳遞，需要考慮表面之間的相互遮擋和反射效應(yīng)。計(jì)算方法可采用網(wǎng)絡(luò)法、蒙特卡羅法等數(shù)值計(jì)算方法，或基于角系數(shù)和形狀因子的簡(jiǎn)化計(jì)算方法。多表面系統(tǒng)熱輻射傳遞計(jì)算氣體間熱輻射傳遞的特點(diǎn)氣體分子之間的熱輻射傳遞較弱，但在高溫、高壓或特定氣體成分條件下，氣體間的熱輻射傳遞不可忽視。要點(diǎn)一要點(diǎn)二計(jì)算方法可采用普朗克公式、維恩公式等描述氣體熱輻射特性的理論公式進(jìn)行計(jì)算，或基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算。氣體間熱輻射傳遞過程04熱輻射與其他傳熱方式耦合作用導(dǎo)熱、對(duì)流與熱輻射耦合現(xiàn)象01在實(shí)際傳熱過程中，導(dǎo)熱、對(duì)流和熱輻射往往同時(shí)存在，相互作用。02導(dǎo)熱和對(duì)流主要依賴物質(zhì)內(nèi)部微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)，而熱輻射則是通過電磁波傳遞能量。當(dāng)物體之間存在溫差時(shí)，導(dǎo)熱、對(duì)流和熱輻射會(huì)同時(shí)發(fā)生，形成復(fù)雜的傳熱現(xiàn)象。03010203對(duì)于復(fù)合傳熱過程，需要綜合考慮導(dǎo)熱、對(duì)流和熱輻射的影響。一般采用集總參數(shù)法或分布參數(shù)法進(jìn)行分析，其中分布參數(shù)法更為精確。在分析中，需要確定各傳熱方式的傳熱系數(shù)、傳熱面積和溫差等參數(shù)，進(jìn)而計(jì)算總傳熱量。復(fù)合傳熱過程分析方法強(qiáng)化熱輻射措施包括增加輻射表面面積、提高表面發(fā)射率、降低環(huán)境溫度等。削弱熱輻射措施包括減少輻射表面面積、降低表面發(fā)射率、提高環(huán)境溫度等。強(qiáng)化或削弱熱輻射措施05熱輻射在工程中應(yīng)用實(shí)例太陽能集熱器太陽能光伏發(fā)電太陽能熱發(fā)電太陽能利用中熱輻射問題利用太陽輻射能加熱工質(zhì)，產(chǎn)生熱能，用于供暖、熱水等領(lǐng)域。通過光伏效應(yīng)將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為電能，是清潔能源的重要來源。利用太陽輻射能加熱工質(zhì)產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。對(duì)流傳熱與輻射傳熱耦合爐膛內(nèi)同時(shí)存在對(duì)流傳熱和輻射傳熱，兩者相互耦合，影響爐膛內(nèi)溫度分布和傳熱效率。爐膛傳熱優(yōu)化通過改變爐膛結(jié)構(gòu)、材料發(fā)射率等手段，優(yōu)化爐膛內(nèi)傳熱過程，提高能源利用效率。爐膛內(nèi)輻射傳熱高溫爐膛內(nèi)，燃燒產(chǎn)生的熱量以熱輻射形式傳遞，需要考慮爐膛形狀、材料發(fā)射率等因素。高溫爐膛內(nèi)傳熱過程分析利用物體熱輻射產(chǎn)生的紅外線進(jìn)行測(cè)量，通過測(cè)量紅外線的波長(zhǎng)和強(qiáng)度，推算出物體表面溫度。紅外測(cè)溫原理紅外測(cè)溫技術(shù)應(yīng)用紅外測(cè)溫技術(shù)優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、科研等領(lǐng)域，如鋼鐵冶煉、玻璃制造、人體溫度測(cè)量等。非接觸式測(cè)量，響應(yīng)速度快，測(cè)量精度高，可實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。030201紅外測(cè)溫技術(shù)原理及應(yīng)用03熱輻射推進(jìn)技術(shù)探索利用熱輻射產(chǎn)生的推力進(jìn)行航空航天器推進(jìn)的新型技術(shù)，為未來空天飛行提供新的動(dòng)力來源。01航空航天器熱控制利用