传输原理辐射换热.ppt

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1、第十章辐射换热热辐射是物体因本身的温度而向外以电磁波的形式发射能量的现象，是热量传递的三种基本方式之一。在现代科学技术的许多传热过程中，辐射换热起着重要的，甚至是主导的作用，需要进行准确的辐射换热计算。一、热辐射的基本概念热辐射的本质任何物体都随时向周围空间发射电磁波，因热的原因，以电磁波方式释放能量，即热辐射。只要物体温度高于绝对零度，就会产生热辐射。以热辐射的方式进行物体间的热量传递，称为辐射换热。辐射换热中伴随能量转换：物质受热激发起原子的复杂运动，进而向外以电磁波的形式发射并传播能量。接受这种电磁波的物

2、体又将吸收的辐射能转变成热能。辐射换热与导热、对流换热有本质的区别热辐射所发射的辐射能取决于物体的温度，温度越高，辐射越强；热辐射不依赖物质的媒介作用，是不接触的传热方式，因此是真空中唯一的传递热量的方式。电磁波谱2000K以下，热辐射波长一般位于0.38~100μm，其中大部分位于0.76~20μm能被物体吸收而转变成热能的辐射线称作热射线。热射线包括紫外线，可见光和红外线三个波段。可见光:0.4~0.78μm紫外线:10-2~0.4μm红外线:0.8~50μm2.吸收率，反射率，穿透率设辐射到物体表面的总能

3、量Q，其中：物体吸收Qα,反射Qρ,穿透Qτ，则：Q=Qα+Qρ+Qτ，即：令则α+ρ+τ=1(吸收率)(反射率)(穿透率)固体、液体，1μm～1mm之间可以完成吸收，实际厚度一般远大于此，可以认为固液体不能透过热辐射，即α+ρ=1示意图二、黑体辐射1.黑体吸收率α＝1的物体叫绝对黑体，简称黑体。反射率ρ＝1的物体叫镜体。(漫反射，绝对白体)穿透率τ＝1的物体叫透明体。2.辐射力(E)单位时间内，单位表面积向表面半球空间所有方向发射的全部波长的总辐射能。(W/m2)单位时间内，单位表面积向表面半球空间所有方向发

4、射的某一特定波长的总辐射能称单色辐射能Eλ。(W/m2)3.黑度（发射率）令黑体辐射力＝Eb，实际物体辐射力E＝Eb称物体的黑度（发射率）。0≤≤1人工黑体模型三、辐射基本定律1.普朗克定律（Planck,1900）C1＝3.74310-6C2＝1.438710－2某温度下，黑体辐射能按照波长的分布规律，以及与温度的关系式中:：波长m(m)；T：绝对温度KC1：普朗克第一常数，C1=2hC2C：光速，C=3×108m/sh：普朗克常数，h=6.625×10-34J·S(WS2)C1=3.742×

5、10-16w·㎡=3.742×108w·μm4/㎡C2=hC/k,h同上，普朗克第二常数；C2=hC/k=1.439×10-2m·Kk=1.38×10-23J/(mol·K)，波尔兹曼常数从图中可得出如下结论：随着温度的升高，黑体的单色辐射力和辐射力迅速地增加。每一条曲线都有一峰值。在=0和=∞时，Eb=0随着温度的增加，峰值（即黑体的最大单色辐射力Ebmax）左移，即向着波长较短的方向移动。利用Wien位移定律，测得黑体表面最大单色辐射力波长m时，就可以由之估算出表面温度。维恩(Wien)位移定律黑

6、体辐射中能量最大的波长m与绝对温度成反比。将普朗克定律对波长求导数，并令其为零即：dEb/d=0得：m·T=2897.6μm·K≈2.9×10-3m·K例：试分别计算2000K和5800K时黑体的最大单色辐射力所对应的波长。解：直接利用维恩偏移定律；T=2000K时，max·T≈2.9×10-3m·Kmax=2.9×10-3/2000=1.45μmT=5800时max=2.9×10-3/5800=0.5μmT=290K:max=2.9×10-3/290=10μm工业高温范围内黑体辐射的最大单色

7、辐射力对应的波长位于红外线区段，太阳表面温度时则位于可见光区段。可利用该定律粗略估算物体的温度可据钢坯的颜色来判断其温度，钢坯在加热过程中当：无变化：低于500℃暗红：600℃左右鲜红：800--850℃左右桔黄：1000℃左右白炽：1300℃左右3.斯特藩(Stefan)－玻尔兹曼(Boltzman)定律C0－黑体辐射系数利用Stefan-Boltzman定律（四次方定律），只要知道黑体表面的温度，即可求出黑体在该温度下的辐射力。4.基尔霍夫(Kirchhoff)定律实际物体1包在黑体大空腔内，二者处于热平衡

8、。对于物1，投来辐射Eb，吸收Eb，辐出E1。由1的任意性，得：1任何物体的辐射力E，和它对于来自同温黑体辐射的吸收率的比值，与物性无关而仅取决于温度，且恒等于同温度下的黑体辐射力。推论：1）吸收率越大则辐射力也越大。（反之亦然）2）相同温度下，黑体辐射力最强。又因所以＝热平衡时，物体对黑体辐射的吸收率等于同温度下该物体的黑度。5.兰贝特定律－黑体辐射能在空间的分布(1)定向辐