传热学第5章(n).ppt

1,传热学,第五章 辐射换热,2,一、热辐射的本质和定义,§5.1 热辐射的基本概念,定义：由热运动产生的，以电磁波形式传递的能量；,T2000K 0.38~100μm （可见光0.38~0.76 红外0.76~20μm） 太阳T=5800K 0.2~2μm（可见光占大比例）,3,二、吸收、反射和穿透,,,热一定律：,吸收比,反射比,穿透比,,,,——取决于物体特性、温度、表面状况、投入辐射,对于大多数的固体和液体：,注意：成立条件为针对同一辐射,对于不含颗粒的气体：,4,三、理想物体,2.白体（镜体）,3.透明体,注意： 1.黑体，白体，透明体是对热射线而言的（非可见光）,1. 黑体,镜面反射,漫反射,例如：雪对可见光,对红外线,5,、黑体,人工黑体b-black,§5.2 黑体辐射的基本定律,1.光谱辐射力,2.波段辐射力,二、基本概念,单位时间内，单位波长范围内(包含某一给定波长)，物体的单位表面积向半球空间发射的能量6,3.总辐射力E,4. 定向辐射强度L,半 球：,立体角：,单位时间内，物体的单位表面积向半球空间发射的所有波长的能量总和定义：单位时间内，物体在垂直发射方向的单位面积上，在单位立体角内发射的一切波长的能量。

dAcosθ,dA,dΩ,7,1.普朗克定律 planck’s law,② 0.1~100μm ③T↑, Eb↑,三、黑体辐射定律,式中，λ— 波长，m ； T — 黑体温度，K ； c1 — 第一辐射常数； c2 — 第二辐射常数8,2. Wien’s displacement law,,如太阳辐射：,所以太阳表面温度,9,3. Stefan-Boltzman’s law,,,10,黑体在波长λ1和λ2区段内所发射的辐射能占总辐射能的比例特定波长区段内的黑体辐射力,波段辐射力：,,,黑体辐射函数,,,11,例：太阳辐射在可见光波形内发射的能量占总能量的百分比.,查得：,可见光比例,解：,12,4、 Lambert 定律,它说明黑体的定向辐射力随天顶角呈余弦规律变化，因此， Lambert定律也称为余弦定律黑体的定向辐射强度为常数13,,沿半球方向积分上式，可获得了半球辐射强度E:,14,§5.3 实际物体的辐射与吸收特性 、黑度 1.光谱发射率（光谱黑度）,实际物体的光谱辐射力与黑体的光谱辐射力之比：,2.黑度（半球总黑度）,实际物体的辐射力与黑体辐射力之比:,15,,3.定向黑度,,,磨光 光滑 粗糙,实际物体的定向辐射强度与黑体的定向辐射强度之比：,几种金属导体在不同方向上的定向发射率( )(t=150℃),16,漫发射的概念：表面的方向发射率 () 与方向无关，即定向辐射强度与方向无关，这种表面称为漫发射面，这是对大多数实际表面的一种很好的近似。

几种非导电体材料在不同方向上的定向发射率( )(t=0~93.3℃),在工程上一般都将真实表面假设为漫发射面17,注意: 由于热辐射非常复杂，很难理论确定，所以将不确定因素归于修正系数； 服从Lambert定律的表面称为漫射表面近似地认为大多数工程材料服从Lambert定律； 物体表面的发射率取决于物质种类、表面温度和表面状况发射率只与发射辐射的物体本身有关，而不涉及外界条件18,二、吸收比,如： 温室效应,1.光谱吸收比,非导电体材料的光谱吸收比同波长的关系,2.(总)吸收比,物体表面的吸收比取决于吸收表面与发射表面的物质种类、表面温度和表面状况19,物体表面对黑体辐射的吸收比与温度的关系,20,,三、灰体（gray body）,将()与波长无关的物体称为灰体，与黑体类似，它也是一种理想物体太阳辐射，不可作为灰体21,四、Krichhoff’s law,热平衡,2.表面：,注意成立条件①1为黑体，②热平衡,1859年，Kirchhoff 用热力学方法回答了这个问题，从而提出了Kirchhoff 定律板1——黑体，板2——任意物体，系统处于热平衡,22,1o 同温度下，物体的的辐射力E越大，吸收比越大，善于辐射的物体也善于吸收。

黑体辐射力Eb最大， 也最大2o 灰体 ①,②,推论：,灰体满足基尔霍夫定律的23,,一、定义,,漫射灰表面→几何因子,§5.4 角系数,辐射均匀（等温、物性均匀）,表面1对表面2的角系数X1,2是：表面1直接投射到表面2上的能量，占表面1辐射能量的百分比24,二、角系数的计算 1.积分法,（1）微元面对微元面的角系数 黑体微元面dA1对微元面dA2的角系数记为Xd1,d2,25,（2）微元面对面的角系数,微元面dA1对面A2的角系数,微元面dA2对面A1的角系数,（3）面对面的角系数 面A1对面A2的角系数X1,2,26,2.查图 3.代数法,,角系数性质,（1）相对性（互换性）,27,（3）可加性,（2）完整性,,对于有n个表面组成的封闭系统， 据能量守恒可得:,角系数的完整性,若表面1为非凹表面时，X1,1 = 0,角系数的可加性,注意：,28,,（4）等值性,（5）非凹面,完整性,相对性,例1 求X21,X11,,完整性,29,例2 求X12,X21,X22,X11,30,,例3 求角系数,31,例4 三个非凹表面,,32,例5 两个非凹表面（不封闭）作辅助面ac,bd ,bc,ad,,,,,完整性：,交叉线法,33,例6、求,,作辅助面3,例7、某圆柱形内封闭空腔如右图，1为底面，2为顶面，3为侧面。

圆柱体底面、顶面直径等于其高度求：角系数X12，X33,34,一、两黑表面间辐射换热,§5.5 两被透明介质隔开的固体表面的辐射换,黑表面1和2之间的辐射换热量为,空间热阻,,,35,二、两灰表面间辐射换热,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,两灰表面,两黑表面,,,,,36,自身辐射:E1 投入辐射:G1 有效辐射:,1.有效辐射，投入辐射，自身辐射,2.表面的净辐射,表面热阻,,37,3.两灰表面辐射换热,定义系统黑度(或称为系统发射率),38,,①若1为非凹表面,,,三种特殊情形,②若1为非凹表面,而且,39,,③若 1为非凹表面,40,三、遮热板,,41,42,解：,稳态时,43,要使,②h↑ 抽气→遮热罩抽气式热电偶.,①Φr↓加遮热板.,44,网络法(又称热网络法，电网络法等)的原理，是用电学中的电流、电位差和电阻比拟热辐射中的热流、热势差与热阻，用电路来比拟辐射热流的传递路径§5.6 多表面系统辐射换热计算,必须满足漫灰面、等温、物性均匀的条件,一、基本概念,表面热势差,表面辐射热阻,空间热势差,空间辐射热阻,45,二、求解步骤 1.画等效网络图,2.列节点方程,46,3.求解方程组，以获得各个节点的等效辐射,4.计算每个表面的净辐射热流量和两表面之间的净辐射热流量,47,三、 特例,有2个未知量,1.某一表面为黑表面（３表面）,黑体的表面热阻为零。

2.重辐射面（绝热面）,热阻为０,热流为０,仍有３个未知量,48,,例 ：一房间，地板T1=293K，天花板T2=286K，四周墙壁绝热，黑度均为0.8求：（1）地板与天花板之间热交换 （2）墙壁温度,２,１,３,解：(1),49,地板与天花板之间热交换,（２）,50,51,第5章结束！,。