化工原理輻射傳熱課件

1、第四章 傳熱一、基本概念和定律二、兩固體間的輻射傳熱三、對流和輻射的聯(lián)合傳熱第六節(jié) 輻射傳熱2022/7/27一、基本概念和定律1、熱輻射 熱輻射 ：物體因熱的原因發(fā)出輻射能的過程稱為熱輻射 輻射傳熱 ：不同物體間相互輻射和吸收能量的綜合過程2、熱射線 熱射線 ： 可見光線和紅外光線統(tǒng)稱為熱射線服從反射定律和折射定律 能在均一介質(zhì)中作直線傳播 在真空和大多數(shù)的氣體（惰性氣體和對稱的雙原子氣體）中熱射線可以完全透過 2022/7/273、熱輻射對物體的作用 物體的吸收率 物體的反射率 物體的透過率 2022/7/27 4、黑體、鏡體、透熱體和灰體 黑體（絕對黑體）： 能全部吸收輻射能的物體，即A

2、=1的物體 鏡體（絕對白體）： 能全部反射輻射能的物體，即R=1的物體 透熱體 ：能透過全部輻射能的物體，即D=1的物體 灰體 ：能夠以相等的吸收率吸收所有波長輻射能的物體 灰體的特點： 它的吸收率A不隨輻射線的波長而變。 它不是透熱體，即A+R=1,D=0。 2022/7/275、物體的發(fā)射能力-斯帝芬-波爾茨曼定律物體的輻射能力：物體在一定的溫度下，單位表面積、單位時間內(nèi)所發(fā)射的全部波長的總能量。用E表示，單位：W/m2。黑體的輻射能力：絕對黑體的輻射能力和絕對溫度的四次方 成正比。 斯蒂芬-波爾茨曼定律 黑體的輻射系數(shù) 2022/7/27灰體的輻射能力E C：灰體的發(fā)射系數(shù)，取決于物體性

3、質(zhì)、表面情況和溫度。 黑度（發(fā)射率）：同一溫度下，灰體的發(fā)射能力與黑體發(fā)射能力的比值。表明：灰體接近黑體的程度，值由實驗測定。實驗證明：2022/7/27材料溫度紅磚200.93耐火磚0.80.9鋼板(氧化的)2006000.8鋼板(拋光的)94011000.550.61鋁(氧化的)2006000.110.19鋁(拋光的)2255750.0390.057銅(氧化的)2006000.570.87銅(拋光的)0.03鑄鐵(氧化的)2006000.640.78鑄鐵(拋光的)3309100.60.7某些工業(yè)材料的黑度2022/7/276、克?；舴蚨?克希霍夫定律 一切物體的發(fā)射能力與其吸收率得比值均

4、相等，且等于同溫度下的絕對黑體的發(fā)射能力，其值只與溫度有關(guān)。 A灰體B黑體A發(fā)射輻射能全部被B吸收。B發(fā)射輻射能：部分被A吸收 ； 部分被A反射 。2022/7/27由 和 在同一溫度下，物體的吸收率和黑度在數(shù)值上相等。表示灰體發(fā)射能力占黑體發(fā)射能力的分數(shù)A為外界投射來的輻射能被物體吸收的分數(shù) 2022/7/27二、兩固體間的相互輻射 1、 兩無限大平行灰體壁面之間的相互輻射 工業(yè)上常遇到兩固體間的相互熱輻射，可近似按灰體處理，故較復(fù)雜。兩固體間輻射傳熱的凈傳熱量與兩物體的溫度、形狀、相對位置以及物體本身性質(zhì)有關(guān)。不考慮幾何因素面積很大，距離很近，兩大平行灰體平板間的相互輻射。平板1：T1、E

5、1、A1平板2：T2、E2、A2 2022/7/2712E1板1輻射總能量： R2E1R22R12E1R2R1E1R22R1E1R23R12E1R23R13E1R24R13E1板2輻射總能量：2022/7/272022/7/27板1向板2傳遞的凈輻射熱通量：2022/7/272022/7/27C1-2總輻射系數(shù) 2022/7/27在面積均為A相距很小的平行面間的輻射傳熱速率為： 當兩平行壁面間距離與表面積相比不是很小時 ，輻射傳熱速率應(yīng)寫為： 2022/7/27 C1-2：物體1對物體2的總發(fā)射系數(shù)，取決于壁面的性質(zhì)和兩個壁面的幾何因素。 （具體參見書本列表） 例：車間內(nèi)有一高和寬各為3m的鑄

6、鐵爐門，其溫度為227，室內(nèi)溫度為27。為了減少熱損失，在爐門前50mm處設(shè)置一塊尺寸和爐門相同的而黑度為0.11的鋁板，試求放置鋁板前、后因輻射而損失的熱量。 ：幾何因子或角度系數(shù)，表示從輻射面積A所發(fā)射出的能量為另一物體表面所攔截的分數(shù)。數(shù)值與兩表面的形狀、大小、相互位置以及距離有關(guān)。 2022/7/27解：(1)放置鋁板前因輻射損失的熱量取鑄鐵的黑度為2022/7/27（2）放置鋁板后因輻射損失的熱量用下標1、2和i分別表示爐門、房間和鋁板。假定鋁板的溫度為TiK，則鋁板向房間輻射的熱量為：2022/7/27式中： 爐門對鋁板的輻射傳熱可視為兩無限大平板之間的傳熱，故放置鋁板后因輻射損失的熱量為：2022/7/27式中：當傳熱達到穩(wěn)定時，2022/7/27放置鋁板后因輻射的熱損失減少百分率為：結(jié)論：設(shè)置隔熱擋板是減少輻射散熱的有效方法，而且擋板材料的黑度愈低，擋板的層數(shù)愈多，則熱損失愈少。2022/7/27三、輻射、對流聯(lián)合傳熱 設(shè)備的熱損失等于對流傳熱和輻射傳熱之和 。由于對流散失的熱量 ：由于輻射而散失的熱量 ：設(shè)備向大氣輻射傳熱， 2022/