第十四章 辐射换热.ppt

第一节 热辐射的基本概念和基本定律 第二节 固体壁面之间的辐射换热 二、两固体间的辐射换热 第三节 气体辐射 第四节 太阳辐射 * 第十四章 辐 射 换 热 学习导引 热辐射的传热现象与导热、热对流相比有着 本质的区别。物体之间以热辐射的形式实现热量 交换的现象称为辐射换热。本章主要介绍热辐射 的本质、特点及其有关的基本概念，阐述了热辐 射的两个基本定律，最后引入角系数的概念，并 延伸到两固体壁面间的辐射换热计算。 学习要求 本章重点是理解热辐射的基本概念和基本定律，通过学习应达到以下要求： 1.掌握热辐射和辐射换热的本质与特点。 2.理解有关热辐射的吸收、反射、透射、黑体、白体、透热体及灰体等基本概念。 3.理解斯蒂芬—玻尔兹曼定律及基尔霍夫定律的实质。 4.理解角系数的概念，能参照相关资料，由表或图线求出角系数。 5.了解固体壁面之间的辐射换热的计算方法，能对固体壁面之间简单的工程问题进行辐射换热的分析和计算。 6.了解气体辐射的特点。 本章难点 1.黑体是一种理想的概念，对黑体的理解有一定难度，但它对辐射换热的研究起着重要作用。由黑体过渡到一般物体，是由易到难，由特殊到普通的研究方法。 2.角系数的概念理解起来有一定难度，从物理概念入手，理解角系数的物理含义会比较容易些。 3.两固体表面间的辐射换热计算较难，应结合例题与习题加强练习。 辐射 、辐射能 物体以电磁波的形式传递能量的过程称为辐射，被传递的能量称为辐射能。 因热的原因激发物质内部微观粒子振动，将热能转变成辐射能，以电磁波的形式向外辐射的过程称为热辐射。 一、热辐射的基本概念 热辐射 1.热辐射的本质和特点 热射线 电磁波谱 热辐射产生的电磁波，包括全部可见光(?为0.38～0.76?m） 、 部分紫外线（?＜0.38?m）和部分红外线（?＞0.76?m） 。 常用波长来描述电磁波 一般可将热辐射看成红外线辐射。 热辐射的特点 （1）热辐射不需要冷、热物体直接接触，也不需要中间介质来传递热量，可以在真空中进行热量传播。 （2）热辐射过程不仅有能量的传递，而且还伴随有 能量形式的转换。 物体辐射 热 能 辐射能 物体吸热 （3）任何物体的温度只要高于0K，都可以不停地向 外发射电磁波。温度愈高, 热辐射的能力愈强。 （4）辐射换热是物体之间相互辐射和吸收的总效果。 高温物体 低温物体 热辐射是热量传递的基本方式之一 如太阳 当热射线投射到物体表面上时，也发生吸收、反射 和透射现象。 2.吸收、反射和透射 或 即 热射线是电磁波，也遵循可见光射线的规律 吸收率 反射率 透射率 总辐射能 A?1，即R?D?0，物体能吸收全部的辐射能。 3.黑体、白体和透热体 R?1，即A?D?0，投射到物体上的辐射能被全部反射。 材料的性质及其表面粗糙度对吸收率有重大影响。 一般来讲，物体的表面越粗糙，吸收率就越大。 黑体 白体(镜体) 如磨光的金属表面 凡属黑体的一切量均加下角标b 均为假定的理想物体 如电影院内壁 透热体 D?1，即A?R?0，投射到物体上的辐射能被全部透过。 如绝对干燥空气 一般来讲，固体和液体都是不透热体。气体反射率为0。 4.灰体 A＜1，且吸收率不随波长而改变（A为常数）的物体。 绝大多数的工程材料在热辐射范围内均可近似为 灰体处理。 工程中为简化辐射换热计算而引入 1.斯蒂芬—玻尔兹曼定律 二、热辐射的基本定律 黑体辐射力Eb与黑体热力学温度的四次方成正比， 又称为四次方定律，即 或 揭示了黑体的辐射能力与其温度之间的关系 ?b :黑体辐射常数， 其值为5.67?10-8 W/(m2?K4)； T : 黑体表面的热力学温度，K。 Cb :黑体辐射系数， 其值为5.67W/(m2?K4)。 例14-1　试计算一黑体表面温度分别为25℃及500℃时辐射力的变化。 黑度 实际物体的辐射力与同温度下黑体的辐射力之比称为 实际物体的黑度（也称为物体的发射率），用?表示。即 工程上最重要的是确定实际物体（灰体）的辐射力 黑度的物理意义： ? 恒小于1。 物体的黑度是物体本身的一种性质。 它表明物体的辐射能力接近于黑体的程度。 表面粗糙的物体或氧化金属表面具有较大的