表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)課件

傳熱學(xué)傳熱學(xué)1一、熱量傳遞的三種基本方式導(dǎo)熱(熱傳導(dǎo))對流(熱對流)

三種基本模式的定義、實(shí)例熱輻射一、熱量傳遞的三種基本方式2二、導(dǎo)熱基本定律(Fourier’slaw）1822年，法國數(shù)學(xué)家傅里葉（Fourier）在實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)熱基本規(guī)律——傅里葉定律垂直導(dǎo)過等溫面的熱流密度，正比于該處的溫度梯度，方向與溫度梯度相反熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱系數(shù)）直角坐標(biāo)系中：注：傅里葉定律只適用于各向同性材料

各向同性材料：熱導(dǎo)率在各個方向是相同的（Thermalconductivity）二、導(dǎo)熱基本定律(Fourier’slaw）1822年，法3上式稱為Fourier定律，號稱導(dǎo)熱基本定律，是一個一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。其中：：熱流量，單位時間傳遞的熱量[W]；q：熱流密度，單位時間通過單位面積傳遞的熱量；A：垂直于導(dǎo)熱方向的截面積[m2]；：導(dǎo)熱系數(shù)（熱導(dǎo)率）[W/(mK)]。圖2-9一維穩(wěn)態(tài)平板內(nèi)導(dǎo)熱t(yī)0xdxdtQ上式稱為Fourier定律，號稱導(dǎo)熱基本定律，是一個一維穩(wěn)態(tài)4熱導(dǎo)率的數(shù)值：就是物體中單位溫度梯度、單位時間、通過單位面積的導(dǎo)熱量

—物質(zhì)的重要熱物性參數(shù)影響熱導(dǎo)率的因素：熱導(dǎo)率的數(shù)值表征物質(zhì)導(dǎo)熱能力大小。實(shí)驗(yàn)測定三、熱導(dǎo)率（Thermalconductivity）熱導(dǎo)率的數(shù)值：就是物體中單位溫度梯度、單位時間、通過—物5導(dǎo)熱系數(shù)表征材料導(dǎo)熱能力的大小，是一種物性參數(shù)，與材料種類和溫度關(guān)。保溫材料及其表觀導(dǎo)熱系數(shù)多孔性結(jié)構(gòu)的保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)表征材料導(dǎo)熱能力的大小，是一種物性參數(shù)，與材料種類和6４、導(dǎo)熱微分方程及邊界條件導(dǎo)熱分為穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱和非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。邊界條件：說明導(dǎo)熱體邊界上過程進(jìn)行的特點(diǎn)反映過程與周圍環(huán)境相互作用的條件邊界條件一般可分為三類：第一類、第二類、第三類邊界條件４、導(dǎo)熱微分方程及邊界條件導(dǎo)熱分為穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱和非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。邊界7Q圖2-9導(dǎo)熱熱阻的圖示

t0xdxdtQ導(dǎo)熱熱阻單位導(dǎo)熱熱阻導(dǎo)熱熱阻：平壁，圓筒壁Q圖2-9導(dǎo)熱熱阻的圖示t0x8§2-4通過肋片的導(dǎo)熱及傳熱強(qiáng)化第三類邊界條件下通過平壁的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：為了增加傳熱量，可以采取哪些措施?（1）增加溫差（tf1-tf2），但受工藝條件限制（2）減小熱阻：

a)金屬壁一般很薄(很小)、熱導(dǎo)率很大，故導(dǎo)熱熱阻一般可忽略b)增大h1、h2，但提高h(yuǎn)1、h2并非任意的c)增大換熱面積A也能增加傳熱量—肋片強(qiáng)化傳熱的原理§2-4通過肋片的導(dǎo)熱及傳熱強(qiáng)化第三類邊界條件下通過平壁9肋片效率：肋面總效率：等截面直肋：肋片效率：肋面總效率：等截面直肋：10對流換熱分類：對流換熱分類：11——當(dāng)流體與壁面溫度相差1度時、每單位壁面面積上、單位時間內(nèi)所傳遞的熱量影響h因素：流動形式、物性、幾何形狀、對流類型等（Convectionheattransfercoefficient）(5)對流換熱系數(shù)(表面?zhèn)鳠嵯禂?shù))——當(dāng)流體與壁面溫度相差1度時、每單位壁面面積上、單位時間12求解導(dǎo)熱問題的三種基本方法：(1)理論分析法；(2)數(shù)值計算法；(3)實(shí)驗(yàn)法

三種方法的基本求解過程

(1)所謂理論分析方法，就是在理論分析的基礎(chǔ)上，直接對微分方程在給定的定解條件下進(jìn)行積分，這樣獲得的解稱之為分析解，或叫理論解；

(2)數(shù)值計算法，把原來在時間和空間連續(xù)的物理量的場，用有限個離散點(diǎn)上的值的集合來代替，通過求解按一定方法建立起來的關(guān)于這些值的代數(shù)方程，從而獲得離散點(diǎn)上被求物理量的值；并稱之為數(shù)值解；求解導(dǎo)熱問題的三種基本方法：(1)理論分析法；(2)數(shù)值134-2邊界節(jié)點(diǎn)離散方程的建立及代數(shù)方程的求解對于第一類邊界條件的熱傳導(dǎo)問題，處理比較簡單，因?yàn)橐阎吔绲臏囟龋蓪⑵湟詳?shù)值的形式加入到內(nèi)節(jié)點(diǎn)的離散方程中，組成封閉的代數(shù)方程組，直接求解。而對于第二類邊界條件或第三類邊界條件的熱傳導(dǎo)問題，就必須用熱平衡的方法，建立邊界節(jié)點(diǎn)的離散方程，邊界節(jié)點(diǎn)與內(nèi)節(jié)點(diǎn)的離散方程一起組成封閉的代數(shù)方程組，才能求解。為了求解方便，這里我們將第二類邊界條件及第三類邊界條件合并起來考慮，用qw表示邊界上的熱流密度或熱流密度表達(dá)式。用Φ表示內(nèi)熱源強(qiáng)度。4-2邊界節(jié)點(diǎn)離散方程的建立及代數(shù)對于第一類邊界條件的熱傳14§5-1對流換熱概述1對流換熱的定義和性質(zhì)對流換熱是指流體流經(jīng)固體時流體與固體表面之間的熱量傳遞現(xiàn)象。●對流換熱實(shí)例：1)暖氣管道;2)電子器件冷卻；3)電風(fēng)扇●對流換熱與熱對流不同，既有熱對流，也有導(dǎo)熱；不是基本傳熱方式§5-1對流換熱概述1對流換熱的定義和性質(zhì)對流換熱是指15(1)

導(dǎo)熱與熱對流同時存在的復(fù)雜熱傳遞過程(2)必須有直接接觸（流體與壁面）和宏觀運(yùn)動；也必須有溫差(3)由于流體的粘性和受壁面摩擦阻力的影響，緊貼壁面處會形成速度梯度很大的邊界層2對流換熱的特點(diǎn)3對流換熱的基本計算式牛頓冷卻式:(1)導(dǎo)熱與熱對流同時存在的復(fù)雜熱傳遞過程2對流換熱的特165對流換熱的影響因素對流換熱是流體的導(dǎo)熱和對流兩種基本傳熱方式共同作用的結(jié)果。其影響因素主要有以下五個方面：(1)流動起因;(2)流動狀態(tài);(3)流體有無相變;(4)換熱表面的幾何因素;(5)流體的熱物理性質(zhì)6對流換熱的分類：(1)流動起因自然對流：流體因各部分溫度不同而引起的密度差異所產(chǎn)生的流動強(qiáng)制對流：由外力（如：泵、風(fēng)機(jī)、水壓頭）作用所產(chǎn)生的流動5對流換熱的影響因素對流換熱是流體的導(dǎo)熱和對流兩種基本傳熱17(2)流動狀態(tài)(3)流體有無相變層流：整個流場呈一簇互相平行的流線湍流：流體質(zhì)點(diǎn)做復(fù)雜無規(guī)則的運(yùn)動（紊流）（Laminarflow）（Turbulentflow）單相換熱：相變換熱：凝結(jié)、沸騰、升華、凝固、融化等（Singlephaseheattransfer）（Phasechange）（Condensation）（Boiling）(2)流動狀態(tài)(3)流體有無相變層流：整個流場呈一簇互相18(4)換熱表面的幾何因素：內(nèi)部流動對流換熱：管內(nèi)或槽內(nèi)外部流動對流換熱：外掠平板、圓管、管束(4)換熱表面的幾何因素：內(nèi)部流動對流換熱：管內(nèi)或槽內(nèi)外部19(5)流體的熱物理性質(zhì)：熱導(dǎo)率密度比熱容動力粘度運(yùn)動粘度體脹系數(shù)(5)流體的熱物理性質(zhì)：熱導(dǎo)率密度比熱容動力粘度運(yùn)動粘度體20綜上所述，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是眾多因素的函數(shù)：綜上所述，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是眾多因素的函數(shù)：214物理意義無量綱熱阻無量綱時間Fo越大，熱擾動就能越深入地傳播到物體內(nèi)部，因而，物體各點(diǎn)地溫度就越接近周圍介質(zhì)的溫度。4物理意義無量綱熱阻無量綱時間Fo越大，22對流換熱微分方程組:(常物性、無內(nèi)熱源、二維、不可壓縮牛頓流體)對流換熱微分方程組:(常物性、無內(nèi)熱源、二維、不可23前面4個方程求出溫度場之后，可以利用牛頓冷卻微分方程：計算當(dāng)?shù)乇砻鎸α鱾鳠嵯禂?shù)4個方程，4個未知量——可求得速度場(u,v)和溫度場(t)以及壓力場(p),既適用于層流，也適用于紊流（瞬時值）前面4個方程求出溫度場之后，可以利用牛頓冷卻微分方程：計算當(dāng)245無量綱量的獲得：相似分析法和量綱分析法相似分析法：在已知物理現(xiàn)象數(shù)學(xué)描述的基礎(chǔ)上，建立兩現(xiàn)象之間的一些列比例系數(shù)，尺寸相似倍數(shù)，并導(dǎo)出這些相似系數(shù)之間的關(guān)系，從而獲得無量綱量。以左圖的對流換熱為例，現(xiàn)象1：現(xiàn)象2：數(shù)學(xué)描述：5無量綱量的獲得：相似分析法和量綱分析法相似分析法：在已知25對自然對流的微分方程進(jìn)行相應(yīng)的分析，可得到一個新的無量綱數(shù)——格拉曉夫數(shù)式中：——流體的體積膨脹系數(shù)K-1Gr——表征流體浮生力與粘性力的比值

(2)量綱分析法：在已知相關(guān)物理量的前提下，采用量綱分析獲得無量綱量。對自然對流的微分方程進(jìn)行相應(yīng)的分析，可得到一個新的無量綱數(shù)—262常見無量綱(準(zhǔn)則數(shù))數(shù)的物理意義及表達(dá)式(很重要）2常見無量綱(準(zhǔn)則數(shù))數(shù)的物理意義及表達(dá)式(很重要）273實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如何整理（整理成什么樣函數(shù)關(guān)系）特征關(guān)聯(lián)式的具體函數(shù)形式、定性溫度、特征長度等的確定具有一定的經(jīng)驗(yàn)性目的：完滿表達(dá)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的規(guī)律性、便于應(yīng)用，特征數(shù)關(guān)聯(lián)式通常整理成已定準(zhǔn)則的冪函數(shù)形式：式中，c、n、m等需由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定，通常由圖解法和最小二乘法確定3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如何整理（整理成什么樣函數(shù)關(guān)系）特征關(guān)聯(lián)式的具體28自然對流換熱：混合對流換熱：強(qiáng)制對流:④常見準(zhǔn)則數(shù)的定義、物理意義和表達(dá)式，及其各量的物理意義⑤?；囼?yàn)應(yīng)遵循的準(zhǔn)則數(shù)方程試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理形式：自然對流換熱：混合對流換熱：強(qiáng)制對流:④常見準(zhǔn)則數(shù)的定義、物29自然對流換熱：混合對流換熱：強(qiáng)制對流:④常見準(zhǔn)則數(shù)的定義、物理意義和表達(dá)式，及其各量的物理意義⑤?；囼?yàn)應(yīng)遵循的準(zhǔn)則數(shù)方程試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理形式：自然對流換熱：混合對流換熱：強(qiáng)制對流:④常見準(zhǔn)則數(shù)的定義、物302.入口段的熱邊界層薄，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)高。層流入口段長度:湍流時:層流湍流2.入口段的熱邊界層薄，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)高。層流湍流313、螺旋管等彎管——彎管效應(yīng)：二次環(huán)流強(qiáng)化傳熱4、非圓形截面槽道——當(dāng)量直徑：3、螺旋管等彎管——彎管效應(yīng)：二次環(huán)流強(qiáng)化傳熱32二.橫掠管束換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式外掠管束在換熱器中最為常見。通常管子有叉排和順排兩種排列方式。順叉排換熱的比較：叉排換熱強(qiáng)、阻力損失大并難于清洗。影響管束換熱的因素除數(shù)外，還有：叉排或順排；管間距；管束排數(shù)等。二.橫掠管束換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式外掠管束在換熱器中最為常見。影響33氣體橫掠10排以上管束的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式為

式中：定性溫度為特征長度為管外徑d，數(shù)中的流速采用整個管束中最窄截面處的流速。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證范圍：C和m的值見下表。后排管受前排管尾流的擾動作用對平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的影響直到10排以上的管子才能消失。這種情況下，先給出不考慮排數(shù)影響的關(guān)聯(lián)式，再采用管束排數(shù)的因素作為修正系數(shù)。氣體橫掠10排以上管束的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式為后排管受前排管尾流的擾動34§6-5自然對流換熱及實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式自然對流：不依靠泵或風(fēng)機(jī)等外力推動，由流體自身溫度場的不均勻所引起的流動。一般地，不均勻溫度場僅發(fā)生在靠近換熱壁面的薄層之內(nèi)。自然對流的自?；F(xiàn)象：紊流時換熱系數(shù)與特征尺度無關(guān)?！?-5自然對流換熱及實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式自然對流：不依靠泵35工程中廣泛使用的是下面的關(guān)聯(lián)式：式中：定性溫度采用數(shù)中的為與之差，對于符合理想氣體性質(zhì)的氣體，。特征長度的選擇：豎壁和豎圓柱取高度，橫圓柱取外徑。常數(shù)C和n的值見下表。層流時：n=1/4湍流時：n=1/3

一.大空間自然對流換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式工程中廣泛使用的是下面的關(guān)聯(lián)式：一.大空間自然對流換熱的實(shí)36第五章和第六章我們分析了無相變的對流換熱，包括強(qiáng)制對流換熱和自然對流換熱下面我們即將遇到的是有相變的對流換熱，也稱之為相變換熱，目前涉及的是凝結(jié)換熱和沸騰換熱兩種。相變換熱的特點(diǎn)：由于有潛熱釋放和相變過程的復(fù)雜性，比單相對流換熱更復(fù)雜，因此，目前，工程上也只能助于經(jīng)驗(yàn)公式和實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。第五章和第六章我們分析了無相變的對流換熱，包括強(qiáng)制對流換熱和37§7-1凝結(jié)傳熱的模式§7-2膜狀凝結(jié)分析解及計算關(guān)聯(lián)式凝結(jié)換熱的關(guān)鍵點(diǎn)凝結(jié)可能以不同的形式發(fā)生，膜狀凝結(jié)和珠狀凝結(jié)冷凝物相當(dāng)于增加了熱量進(jìn)一步傳遞的熱阻層流和湍流膜狀凝結(jié)換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式影響膜狀凝結(jié)換熱的因素會分析豎壁和橫管的換熱過程，及Nusselt膜狀凝結(jié)理論凝結(jié)換熱實(shí)例冷凝器中的換熱寒冷冬天窗戶上的冰花許多其他的工業(yè)應(yīng)用過程§7-1凝結(jié)傳熱的模式§7381凝結(jié)過程

膜狀凝結(jié)沿整個壁面形成一層薄膜，并且在重力的作用下流動，凝結(jié)放出的汽化潛熱必須通過液膜，因此，液膜厚度直接影響了熱量傳遞。珠狀凝結(jié)當(dāng)凝結(jié)液體不能很好的浸潤壁面時，則在壁面上形成許多小液珠，此時壁面的部分表面與蒸汽直接接觸，因此，換熱速率遠(yuǎn)大于膜狀凝結(jié)（可能大幾倍，甚至一個數(shù)量級）gg1凝結(jié)過程膜狀凝結(jié)珠狀凝結(jié)gg39(2)局部對流換熱系數(shù)整個豎壁的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)(3)修正：實(shí)驗(yàn)表明，由于液膜表面波動，凝結(jié)換熱得到強(qiáng)化，因此，實(shí)驗(yàn)值比上述得理論值高20％左右修正后：定性溫度：注意：r按ts確定(2)局部對流換熱系數(shù)整個豎壁的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)(3)修40時，慣性力項(xiàng)和液膜過冷度的影響均可忽略。對于傾斜壁，則用gsin代替以上各式中的g即可另外，除了對波動的修正外，其他假設(shè)也有人做了相關(guān)的研究，如當(dāng)并且，(4)水平圓管努塞爾的理論分析可推廣到水平圓管及球表面上的層流膜狀凝結(jié)式中：下標(biāo)“H”表示水平管，“S”表示球;d為水平管或球的直徑。定性溫度與前面的公式相同時，慣性力項(xiàng)和液膜過冷度的影響均可忽略。對于傾斜壁，則用g41§7-3膜狀凝結(jié)的影響因素及其傳熱強(qiáng)化

工程實(shí)際中所發(fā)生的膜狀凝結(jié)過程往往比較復(fù)雜，受各種因素的影響。1.不凝結(jié)氣體

不凝結(jié)氣體增加了傳遞過程的阻力，同時使飽和溫度下降，減小了凝結(jié)的驅(qū)動力2.蒸氣流速

流速較高時，蒸氣流對液膜表面產(chǎn)生模型的粘滯應(yīng)力。如果蒸氣流動與液膜向下的流動同向時，使液膜拉薄，增大；反之使減小?！?-3膜狀凝結(jié)的影響因素及其傳熱強(qiáng)化工程實(shí)際中所發(fā)427.凝結(jié)表面的幾何形狀強(qiáng)化凝結(jié)換熱的原則是盡量減薄粘滯在換熱表面上的液膜的厚度。可用各種帶有尖峰的表面使在其上冷凝的液膜拉薄，或者使已凝結(jié)的液體盡快從換熱表面上排泄掉。7.凝結(jié)表面的幾何形狀43§7-4大容器沸騰傳熱模式及臨界熱流密度CHF

§7-4大容器沸騰傳熱模式及臨界熱流密度CHF44§7-6沸騰換熱的影響因素及其強(qiáng)化沸騰換熱是我們學(xué)過的換熱現(xiàn)象中最復(fù)雜的，影響因素也最多，由于我們只學(xué)習(xí)了大容器沸騰換熱，因此，影響因素也只針對大容器沸騰換熱。1不凝結(jié)氣體

對膜狀凝結(jié)換熱的影響？與膜狀凝結(jié)換熱不同，液體中的不凝結(jié)氣體會使沸騰換熱得到某種程度的強(qiáng)化2過冷度只影響過冷沸騰，不影響飽和沸騰，因自然對流換熱時，，因此，過冷會強(qiáng)化換熱。3、沸騰換熱分類及沸騰曲線（詳見參考書）見p.327§7-6沸騰換熱的影響因素及其強(qiáng)化沸騰換熱是我們學(xué)過的換熱45§8-1熱輻射的基本概念1.熱輻射特點(diǎn)(1)

定義：由熱運(yùn)動產(chǎn)生的，以電磁波形式傳遞的能量；(2)特點(diǎn)：a任何物體，只要溫度高于0K，就會不停地向周圍空間發(fā)出熱輻射；b可以在真空中傳播；c伴隨能量形式的轉(zhuǎn)變；d具有強(qiáng)烈的方向性；e輻射能與溫度和波長均有關(guān)；f發(fā)射輻射取決于溫度的4次方。2.電磁波譜電磁輻射包含了多種形式，如圖8-1所示，而我們所感興趣的，即工業(yè)上有實(shí)際意義的熱輻射區(qū)域一般為0.1~100μm。電磁波的傳播速度：

c=fλ

式中：f—頻率，s-1;λ—波長，μm§8-1熱輻射的基本概念1.熱輻射特點(diǎn)2.電磁波譜電46當(dāng)熱輻射投射到物體表面上時，一般會發(fā)生三種現(xiàn)象，即吸收、反射和穿透，如圖8-2所示。3.物體對熱輻射的吸收、反射和穿透

圖8-2物體對熱輻射的吸收反射和穿透當(dāng)熱輻射投射到物體表面上時，一般會發(fā)生三種現(xiàn)象，即吸收、反射471.黑體概念黑體：是指能吸收投入到其面上的所有熱輻射能的物體，是一種科學(xué)假想的物體，現(xiàn)實(shí)生活中是不存在的。但卻可以人工制造出近似的人工黑體。圖8-5黑體模型§8-2黑體輻射的基本定律1.黑體概念圖8-5黑體模型§8-2黑體輻射的基本定48輻射力E：單位時間內(nèi)，物體的單位表面積向半球空間發(fā)射的所有波長的能量總和。(W/m2)；光譜輻射力Eλ：單位時間內(nèi)，單位波長范圍內(nèi)(包含某一給定波長)，物體的單位表面積向半球空間發(fā)射的能量。(W/m3)；2.熱輻射能量的表示方法E、Eλ關(guān)系:顯然，E和Eλ之間具有如下關(guān)系：黑體一般采用下標(biāo)b表示，如黑體的輻射力為Eb，黑體的光譜輻射力為Ebλ輻射力E：2.熱輻射能量的表示方法E、Eλ關(guān)系:顯然，E和493.黑體輻射的三個基本定律及相關(guān)性質(zhì)

式中，λ—波長，m；T—黑體溫度，K；c1

—第一輻射常數(shù)，3.742×10-16Wm2；

c2—第二輻射常數(shù)，1.4388×10-2WK；

(1)Planck定律(第一個定律)：圖7-6是根據(jù)上式描繪的黑體光譜輻射力隨波長和溫度的依變關(guān)系。λm與T的關(guān)系由維恩位移定律給出，圖8-6Planck定律的圖示3.黑體輻射的三個基本定律及相關(guān)性質(zhì)式中，λ—波長，m50(2)Stefan-Boltzmann定律(第二個定律)：

式中，σ=5.67×10-8w/(m2K4)，是Stefan-Boltzmann常數(shù)。(3)黑體輻射函數(shù)黑體在波長λ1和λ2區(qū)段內(nèi)所發(fā)射的輻射力，如圖7-7所示：圖8-7特定波長區(qū)段內(nèi)的黑體輻射力(2)Stefan-Boltzmann定律(第二個定律)：51定義：球面面積除以球半徑的平方稱為立體角，單位：sr(球面度)，如圖8-8和8-9所示：(4)立體角黑體輻射函數(shù):定義：球面面積除以球半徑的平方稱為立體角，單位：sr(球面度52定義：單位時間內(nèi)，物體在垂直發(fā)射方向的單位面積上，在單位立體角內(nèi)發(fā)射的一切波長的能量，參見圖7-10。

(5)定向輻射強(qiáng)度L(,)：圖8-10定向輻射強(qiáng)度的定義圖(6)Lambert定律(黑體輻射的第三個基本定律)它說明黑體的定向輻射力隨天頂角呈余弦規(guī)律變化，見圖7-11，因此，Lambert定律也稱為余弦定律。定義：單位時間內(nèi)，物體在垂直發(fā)射方向的單位面積上，在單位立體53圖8-11Lambert定律圖示沿半球方向積分上式，可獲得了半球輻射強(qiáng)度E:圖8-11Lambert定律圖示沿半球方向積分上式，可獲54§

8-3固體和液體的輻射特性1發(fā)射率前面定義了黑體的發(fā)射特性：同溫度下，黑體發(fā)射熱輻射的能力最強(qiáng)，包括所有方向和所有波長；真實(shí)物體表面的發(fā)射能力低于同溫度下的黑體；因此，定義了發(fā)射率

(也稱為黑度)：相同溫度下，實(shí)際物體的半球總輻射力與黑體半球總輻射力之比:§8-3固體和液體的輻射特性1發(fā)射率55

對應(yīng)于黑體的輻射力Eb，光譜輻射力Eb和定向輻射強(qiáng)度L，分別引入了三個修正系數(shù)，即，發(fā)射率，光譜發(fā)射率()和定向發(fā)射率()，其表達(dá)式和物理意義如下實(shí)際物體的輻射力與黑體輻射力之比:實(shí)際物體的光譜輻射力與黑體的光譜輻射力之比：實(shí)際物體的定向輻射強(qiáng)度與黑體的定向輻射強(qiáng)度之比：對應(yīng)于黑體的輻射力Eb，光譜輻射力Eb和定56漫發(fā)射的概念：表面的方向發(fā)射率()與方向無關(guān)，即定向輻射強(qiáng)度與方向無關(guān)，滿足上訴規(guī)律的表面稱為漫發(fā)射面，這是對大多數(shù)實(shí)際表面的一種很好的近似。圖8-14幾種金屬導(dǎo)體在不同方向上的定向發(fā)射率()(t=150℃)漫發(fā)射的概念：表面的方向發(fā)射率()與方向無關(guān)，即定向57前面講過，黑體、灰體、白體等都是理想物體，而實(shí)際物體的輻射特性并不完全與這些理想物體相同，比如，(1)實(shí)際物體的輻射力與黑體和灰體的輻射力的差別見圖8-12；(2)實(shí)際物體的輻射力并不完全與熱力學(xué)溫度的四次方成正比；(3)實(shí)際物體的定向輻射強(qiáng)度也不嚴(yán)格遵守Lambert定律，等等。所有這些差別全部歸于上面的系數(shù)，因此，他們一般需要實(shí)驗(yàn)來確定，形式也可能很復(fù)雜。在工程上一般都將真實(shí)表面假設(shè)為漫發(fā)射面。圖8-12實(shí)際物體、黑體和灰體的輻射能量光譜前面講過，黑體、灰體、白體等都是理想物體，而實(shí)際物體的輻射特581.投入輻射：單位時間內(nèi)投射到單位表面積上的總輻射能

2.選擇性吸收：投入輻射本身具有光譜特性，因此，實(shí)際物體對投入輻射的吸收能力也根據(jù)其波長的不同而變化，這叫選擇性吸收3.吸收比：物體對投入輻射所吸收的百分?jǐn)?shù)，通常用表示，即首先介紹幾個概念：1.投入輻射：單位時間內(nèi)投射到單位表面積上的總輻射能首59圖8-18非導(dǎo)電體材料的光譜吸收比同波長的關(guān)系灰體：光譜吸收比與波長無關(guān)的物體稱為灰體。此時，不管投入輻射的分布如何，吸收比都是同一個常數(shù)。圖8-18非導(dǎo)電體材料的光譜吸收比同波長的關(guān)系灰體：光譜60

物體的選擇性吸收特性，即對有些波長的投入輻射吸收多，而對另一些波長的輻射吸收少，在實(shí)際生產(chǎn)中利用的例子很多，但事情往往都具有雙面性，人們在利用選擇性吸收的同時，也為其傷透了腦筋，這是因?yàn)槲毡扰c投入輻射波長有關(guān)的特性給工程中輻射換熱的計算帶來巨大麻煩，對此，一般有兩種處理方法，即灰體法，即將光譜吸收比()等效為常數(shù)，即=()=const。并將()與波長無關(guān)的物體稱為灰體，與黑體類似，它也是一種理想物體，但對于大部分工程問題來講，灰體假設(shè)帶來的誤差是可以容忍的；譜帶模型法，即將所關(guān)心的連續(xù)分布的譜帶區(qū)域劃分為若干小區(qū)域，每個小區(qū)域被稱為一個譜帶，在每個譜帶內(nèi)應(yīng)用灰體假設(shè)。物體的選擇性吸收特性，即對有些波長的投入輻射吸收多，61表8-2Kirchhoff定律的不同表達(dá)式注：漫射表面：指發(fā)射或反射的定向輻射強(qiáng)度與空間方向無關(guān)，即符合Lambert定律的物體表面；灰體：指光譜吸收比與波長無關(guān)的物體，其發(fā)射和吸收輻射與黑體在形式上完全一樣，只是減小了一個相同的比例。表8-2Kirchhoff定律的不同表達(dá)式注：62§9-1輻射傳熱的角系數(shù)

前面講過，熱輻射的發(fā)射和吸收均具有空間方向特性，因此，表面間的輻射換熱與表面幾何形狀、大小和各表面的相對位置等幾個因素均有關(guān)系，這種因素常用角系數(shù)來考慮。角系數(shù)的概念是隨著固體表面輻射換熱計算的出現(xiàn)與發(fā)展，于20世紀(jì)20年代提出的，它有很多名稱，如，形狀因子、可視因子、交換系數(shù)等等。但叫得最多的是角系數(shù)。值得注意的是，角系數(shù)只對漫射面(既漫輻射又漫發(fā)射)、表面的發(fā)射輻射和投射輻射均勻的情況下適用。1.角系數(shù)的定義在介紹角系數(shù)概念前，要先溫習(xí)兩個概念投入輻射：單位時間內(nèi)投射到單位面積上的總輻射能，記為G?！?-1輻射傳熱的角系數(shù)前面講過，熱輻射63下面介紹角系數(shù)的概念及表達(dá)式。(1)角系數(shù)：有兩個表面，編號為1和2，其間充滿透明介質(zhì)，則表面1對表面2的角系數(shù)X1,2是：表面1直接投射到表面2上的能量，占表面1輻射能量的百分比。即(2)有效輻射：單位時間內(nèi)離開單位面積的總輻射能為該表面的有效輻射，參見圖9-14。包括了自身的發(fā)射輻射E和反射輻射G。G為投射輻射。圖9-1有效輻射示意圖同理，也可以定義表面2對表面1的角系數(shù)。從這個概念我們可以得出角系數(shù)的應(yīng)用是有一定限制條件的，即漫射面、等溫、物性均勻(9-1)下面介紹角系數(shù)的概念及表達(dá)式。(2)有效輻射：單位時間內(nèi)離開642.角系數(shù)性質(zhì)根據(jù)角系數(shù)的定義和諸解析式，可導(dǎo)出角系數(shù)的代數(shù)性質(zhì)。(1)相對性

由式(9-2a)和(9-2b)可以看出2.角系數(shù)性質(zhì)65

由式(9-4a)和(9-4b)也可以看出

被稱為角系數(shù)的相對性。由式(9-4a)和(9-4b)也可以看出被稱為角系數(shù)的相66上式稱為角系數(shù)的完整性。若表面1為非凹表面時，X1,1=0。圖9-4角系數(shù)的完整性(2)完整性對于有n個表面組成的封閉系統(tǒng)，見圖9-4所示，據(jù)能量守恒可得:(3)可加性如圖9-5所示，表面2可分為2a和2b兩個面，當(dāng)然也可以分為n個面，則角系數(shù)的可加性為上式稱為角系數(shù)的完整性。若表面1為非凹表面時，X1,1=673角系數(shù)的計算方法

求解角系數(shù)的方法通常有直接積分法、代數(shù)分析法、幾何分析法以及Monte-Carlo法。直接積分法的結(jié)果見公式(9-6)。下面只給出代數(shù)分析法。

代數(shù)分析法是利用角系數(shù)的各種性質(zhì)，獲得一組代數(shù)方程，通過求解獲得角系數(shù)。值得注意的是，(1)利用該方法的前提是系統(tǒng)一定是封閉的，如果不封閉可以做假想面，令其封閉；(2)凹面的數(shù)量必須與不可見表面數(shù)相等。下面以三個非凹表面組成的封閉系統(tǒng)為例，如圖9-10所示，面積分別為A1，A2和A3，則根據(jù)角系數(shù)的相對性和完整性得:3角系數(shù)的計算方法68通過求解這個封閉的方程組，可得所有角系數(shù)，如X1,2為:圖9-10三個非凹表面組成的封閉系統(tǒng)對于三角形封閉系統(tǒng)：通過求解這個封閉的方程組，可得所有角系數(shù)，如X1,2為:圖969若系統(tǒng)橫截面上三個表面的長度分別為l1，l2和l3，則上式可寫為下面考察兩個表面的情況，假想面如圖9-11所示，根據(jù)完整性和上面的公式，有:圖9-11兩個非凹表面及假想面組成的封閉系統(tǒng)若系統(tǒng)橫截面上三個表面的長度分別為l1，l2和l3，則上式可70解方程組得:該方法又被稱為交叉線法。注意：這里所謂的交叉線和不交叉線都是指虛擬面斷面的線，或者說是輔助線解方程組得:該方法又被稱為交叉線法。注意：這里所謂的交叉線和71§9-2兩表面封閉系統(tǒng)的輻射換熱本節(jié)將給出兩個穩(wěn)態(tài)輻射換熱的例子，即分別由等溫的兩黑體或等溫的兩漫灰體組成的封閉系統(tǒng)內(nèi)的表面間輻射換熱。封閉系統(tǒng)內(nèi)充滿不吸收任何輻射的透明介質(zhì)。所采用的方法稱為“凈熱量”法。圖9-13黑體系統(tǒng)的輻射換熱黑體表面

如圖9-13所示，黑表面1和2之間的輻射換熱量為§9-2兩表面封閉系統(tǒng)的輻射換熱本節(jié)將給出兩個穩(wěn)態(tài)輻射換熱722漫灰表面

灰體間的多次反射給輻射換熱的計算帶來麻煩，此時需要采用前面講過的投入輻射G和有效輻射J的概念。下面在假設(shè)表面物性和溫度已知的情況下，考察J與表面凈輻射換熱量之間的關(guān)系，為計算漫灰表面間的輻射換熱作準(zhǔn)備。如圖9-14所示，對表面1來講，凈輻射換熱量q為消去上式中的G1，并考慮到，可得即：2漫灰表面消去上式中的G1，并考慮到，可73于是有圖9-15

兩個物體組成的輻射換熱系統(tǒng)于是有圖9-15兩個物體組成的輻射換熱系統(tǒng)74§

9-3多表面系統(tǒng)的輻射傳熱

凈熱量法雖然也可以用于多表面情況，當(dāng)相比之下網(wǎng)絡(luò)法更簡明、直觀。網(wǎng)絡(luò)法(又稱熱網(wǎng)絡(luò)法，電網(wǎng)絡(luò)法等)的原理，是用電學(xué)中的電流、電位差和電阻比擬熱輻射中的熱流、熱勢差與熱阻，用電路來比擬輻射熱流的傳遞路徑。但需要注意的是，這兩種方法都離不開角系數(shù)的計算，所以，必須滿足漫灰面、等溫、物性均勻以及投射輻射均勻的四個條件。下面從介紹相關(guān)概念入手，逐步展開?！?-3多表面系統(tǒng)的輻射傳熱凈熱量法雖75熱勢差與熱阻上節(jié)公式(9-12)：改寫為：式中，稱為表面熱勢差；則被稱為表面輻射熱阻。外部：內(nèi)部：熱勢差與熱阻外部：76式中，是空間熱勢差，則是空間輻射熱阻，如圖9-19所示，可見，每一對表面就有一個空間輻射熱阻。圖9-19空間輻射熱阻式中，是空間熱勢差，則是77求解上面方程組獲得，根據(jù)：計算凈輻射熱流，其中i代表表面1或表面2。在上面的過程中需要注意的是(1)節(jié)點(diǎn)的概念；(2)每個表面一個表面熱阻，每對表面一個空間熱阻；(3)以及畫電路圖的一些基本知識。下面再來看一下三個表面的情況，見圖9-21。與兩個表面相似，首先需要畫出等效網(wǎng)絡(luò)，見圖9-22所示，然后，列出各節(jié)點(diǎn)的電流方程。求解上面方程組獲得，根據(jù)：789-21由三個表面組成的封閉系統(tǒng)9-22三表面封閉腔的等效網(wǎng)絡(luò)圖9-21由三個表面組成的封閉系統(tǒng)9-22三表面封閉腔79節(jié)點(diǎn)的熱流方程如下：求解上面的方程組，再計算凈換熱量。節(jié)點(diǎn)的熱流方程如下：求解上面的方程組80A畫等效電路圖；B列出各節(jié)點(diǎn)的熱流(電流)方程組；C求解方程組，以獲得各個節(jié)點(diǎn)的等效輻射；D利用公式計算每個表面的凈輻射熱流量。例題9-5,9-6總結(jié)上面過程，可以得到應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)法的基本步驟如下：A畫等效電路圖；總結(jié)上面過程，可以得到應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)法的基本步81b有一個表面絕熱，即該表面的凈換熱量為零。其網(wǎng)絡(luò)圖見圖9-14b和9-14c，與黑體不同的是，此時該表面的溫度是未知的。同時，它仍然吸收和發(fā)射輻射，只是發(fā)出的和吸收的輻射相等。由于，熱輻射具有方向性，因此，他仍然影響其它表面的輻射換熱。這種表面溫度未定而凈輻射換熱量為零的表面被稱為重輻射面。(3)兩個重要特例a有一個表面為黑體。黑體的表面熱阻為零。其網(wǎng)絡(luò)圖見圖9-14a。此時，該表面的溫度一般是已知的。b有一個表面絕熱，即該表面的凈換熱量為零。其網(wǎng)絡(luò)圖見圖982圖9-14三表面系統(tǒng)的兩個特例

圖9-14三表面系統(tǒng)的兩個特例83§9-5輻射傳熱的強(qiáng)化與削弱由于工程上的需求，經(jīng)常需要強(qiáng)化或削弱輻射換熱。強(qiáng)化輻射換熱的主要途徑有兩種：(1)增加發(fā)射率；(2)增加角系數(shù)。削弱輻射換熱的主要途徑有三種：(1)降低發(fā)射率；(2)降低角系數(shù)；(3)加入隔熱板。其實(shí)插入防熱板相當(dāng)于降低了表面發(fā)射率。本節(jié)主要討論這種削弱輻射換熱的方式。對于兩個無限大平面組成的封閉系統(tǒng)，其換熱量為:§9-5輻射傳熱的強(qiáng)化與削弱由于工程上的需求，經(jīng)常需要強(qiáng)化84§

9-5氣體輻射的特點(diǎn)及計算本節(jié)將簡要介紹氣體輻射的特點(diǎn)、換熱過程及其處理方法。在工程中常見的溫度范圍內(nèi)，和具有很強(qiáng)的吸收和發(fā)射熱輻射的本領(lǐng)，而其他的氣體則較弱，這也是本節(jié)采用這兩種氣體作為例子的原因。1氣體輻射的特點(diǎn)(1)氣體輻射對波長具有選擇性。它只在某譜帶內(nèi)具有發(fā)射和吸收輻射的本領(lǐng)，而對于其他譜帶則呈現(xiàn)透明狀態(tài)。如圖9-27所示。(2)氣體的輻射和吸收是在整個容積中進(jìn)行的。這是由于輻射可以進(jìn)入氣體，并在其內(nèi)部進(jìn)行傳遞，最后有一部分會穿透氣體而到達(dá)外部或固體壁面，因而，氣體的發(fā)射率和吸收比還與容器的形狀和容積大小有關(guān)。

（3）溫室效應(yīng)原理§9-5氣體輻射的特點(diǎn)及計算本節(jié)將簡要介紹氣體輻射的特851通過平壁的傳熱K的計算公式？說明：(1)h1和h2的計算；（2）如果計及輻射時對流換熱系數(shù)應(yīng)該采用等效換熱系數(shù)(總表面?zhèn)鳠嵯禂?shù))單相對流：膜態(tài)沸騰：(9-33,34)(7-22,23)1通過平壁的傳熱K的計算公式？說明：(1)h1和h2862通過圓管的傳熱hiho內(nèi)部對流：圓柱面導(dǎo)熱：外部對流：其中：例題10-1例題10-22通過圓管的傳熱hiho內(nèi)部對流：圓柱面導(dǎo)熱：外部對流：873

通過肋壁的傳熱肋面總效率：各項(xiàng)熱阻其中以光壁面積為基準(zhǔn)的k：3通過肋壁的傳熱肋面總效率：各項(xiàng)熱阻其中以光壁面積為基準(zhǔn)88帶保溫層的圓管傳熱——臨界熱絕緣直徑dcr=2λ/h圓管外敷保溫層后：可見，保溫層使得導(dǎo)熱熱阻增加，換熱削弱；另一方面，降低了對流換熱熱阻，使得換熱贈強(qiáng)，那么，綜合效果到底是增強(qiáng)還是削弱呢？這要看d/ddo2和d2/ddo22的值帶保溫層的圓管傳熱——臨界熱絕緣直徑dcr=2λ/h圓管外敷89可見，確實(shí)是有一個極值存在，那么，到底是極大值，還是極小值呢？從熱量的基本傳遞規(guī)律可知，應(yīng)該是極大值。也就是說，do2在do1~dcr之間，是增加的，當(dāng)do2大于dcr時，降低。or可見，確實(shí)是有一個極值存在，那么，到底是極大值，還是極小值呢90§

10-2§

10-3換熱器的類型及平均溫差的計算換熱器的定義：用來使熱量從熱流體傳遞到冷流體，以滿足規(guī)定的工藝要求的裝置2換熱器的分類：三種類型換熱器簡介§10-2§10-3換熱器的類型及平均溫差的計算換熱914簡單順流及逆流換熱器的對數(shù)平均溫差傳熱方程的一般形式：這個過程對于傳熱過程是通用的，但是當(dāng)溫差沿整個壁面不是常數(shù)時，比如等壁溫條件下的管內(nèi)對流換熱，以及我們現(xiàn)在遇到的換熱器等。對于前者我們曾經(jīng)提到過對數(shù)平均溫差(LMTD)的公式，但是沒有給出推導(dǎo)。下面我們就來看看LMTD的推導(dǎo)過程dthdtcthtc4簡單順流及逆流換熱器的對數(shù)平均溫差傳熱方程的一般形式：這92順流和逆流的區(qū)別在于：順流：逆流：或者我們也可以將對數(shù)平均溫差寫成如下統(tǒng)一形式(順流和逆流都適用)順流和逆流的區(qū)別在于：或者我們也可以將對數(shù)平均溫差寫成如下統(tǒng)936其他復(fù)雜布置時換熱器平均溫差的計算以上所討論的對數(shù)平均溫差(LMTD)只是針對純順流和純逆流情況，而這種情況的出現(xiàn)是比較少的，實(shí)際換熱器一般都是處于順流和逆流之間，或者有時是逆流，有時又是順流。對于這種復(fù)雜情況，我們當(dāng)然也可以采用前面的方法進(jìn)行分析，但數(shù)學(xué)推導(dǎo)將非常復(fù)雜，實(shí)際上，逆流的平均溫差最大，因此，人們想到對純逆流的對數(shù)平均溫差進(jìn)行修正以獲得其他情況下的平均溫差。是給定的冷熱流體的進(jìn)出口溫度布置成逆流時的LMTD，是小于1的修正系數(shù)。圖9-15~9-18分別給出了管殼式換熱器和交叉流式換熱器的。6其他復(fù)雜布置時換熱器平均溫差的計算以上所討論的對數(shù)平均94關(guān)于的注意事項(xiàng)（1）值取決于無量綱參數(shù)P和R式中：下標(biāo)1、2分別表示兩種流體，上角標(biāo)`表示進(jìn)口，``表示出口，圖表中均以P為橫坐標(biāo)，R為參量。（3）R的物理意義：兩種流體的熱容量之比（2）P的物理意義：流體2的實(shí)際溫升與理論上所能達(dá)到的最大溫升之比，所以只能小于1（4）對于管殼式換熱器，查圖時需要注意流動的“程”數(shù)關(guān)于的注意事項(xiàng)式中：下標(biāo)1、2分別表示兩種流體，上角標(biāo)957各種流動形式的比較順流和逆流是兩種極端情況，在相同的進(jìn)出口溫度下，逆流的最大，順流則最??；順流時，而逆流時，則可能大于，可見，逆流布置時的換熱最強(qiáng)。InOutInOut7各種流動形式的比較順流和逆流是兩種極端情況，在相同的進(jìn)96(3)那么是不是所有的換熱器都設(shè)計成逆流形式的就最好呢？不是，因?yàn)橐慌_換熱器的設(shè)計要考慮很多因素，而不僅僅是換熱的強(qiáng)弱。比如，逆流時冷熱流體的最高溫度均出現(xiàn)在換熱器的同一側(cè)，使得該處的壁溫特別高，可能對換熱器產(chǎn)生破壞，因此，對于高溫?fù)Q熱器，又是需要故意設(shè)計成順流(4)對于有相變的換熱器，如蒸發(fā)器和冷凝器，發(fā)生相變的流體溫度不變，所以不存在順流還是逆流的問題。xTInOutxTInOut冷凝蒸發(fā)(3)那么是不是所有的換熱器都設(shè)計成逆流形式的就最好呢？不97§10-4間壁式換熱器的熱設(shè)計

換熱器熱計算分兩種情況：設(shè)計計算和校核計算。(1)設(shè)計計算：設(shè)計一個新的換熱器，以確定所需的換熱面積校核計算：對已有或已選定了換熱面積的換熱器，在非設(shè)計工況條件下，核算他能否勝任規(guī)定的新任務(wù)。換熱器熱計算的基本方程式是傳熱方程式及熱平衡式§10-4間壁式換熱器的熱設(shè)計換熱器熱計算的基本方程式是98式中，不是獨(dú)立變量，因?yàn)樗Q于以及換熱器的布置。另外，根據(jù)公式(10-15)可知，一旦和以及中的三個已知的話，我們就可以計算出另外一個溫度。因此，上面的兩個方程中共有8個未知數(shù)，即需要給定其中的5個變量，才可以計算另外三個變量。對于設(shè)計計算而言，給定的是，以及進(jìn)出口溫度中的三個，最終求對于校核計算而言，給定的一般是，以及2個進(jìn)口溫度，待求的是式中，不是獨(dú)立變量，因?yàn)樗Q于99換熱器的熱計算有兩種方法：平均溫差法效能-傳熱單元數(shù)(-NTU)法平均溫差法：就是直接應(yīng)用傳熱方程和熱平衡方程進(jìn)行熱計算，其具體步驟如下：對于設(shè)計計算（已知，及進(jìn)出口溫度中的三個，求）初步布置換熱面，并計算出相應(yīng)的總傳熱系數(shù)k根據(jù)給定條件，由熱平衡式求出進(jìn)、出口溫度中的那個待定的溫度由冷熱流體的4個進(jìn)出口溫度確定平均溫差由傳熱方程式計算所需的換熱面積A，并核算換熱面流體的流動阻力如果流動阻力過大，則需要改變方案重新設(shè)計。換熱器的熱計算有兩種方法：平均溫差法100對于校核計算（已知，及兩個進(jìn)口溫度，求）先假設(shè)一個流體的出口溫度，按熱平衡式計算另一個出口溫度根據(jù)4個進(jìn)出口溫度求得平均溫差根據(jù)換熱器的結(jié)構(gòu)，算出相應(yīng)工作條件下的總傳熱系數(shù)k已知kA和，按傳熱方程式計算在假設(shè)出口溫度下的根據(jù)4個進(jìn)出口溫度，用熱平衡式計算另一個，這個值和上面的，都是在假設(shè)出口溫度下得到的，因此，都不是真實(shí)的換熱量比較兩個值，滿足精度要求，則結(jié)束，否則，重新假定出口溫度，重復(fù)(1)~(6)，直至滿足精度要求。

例題10-4例題10-6（重點(diǎn)）對于校核計算（已知，及兩個進(jìn)口1012效能-傳熱單元數(shù)法(1)換熱器的效能和傳熱單元數(shù)

換熱其效能的定義是基于如下思想：當(dāng)換熱器無限長，對于一個逆流換熱器來講，則會發(fā)生如下情況a當(dāng)時，，則b當(dāng)時，，則于是，我們可以得到然而，實(shí)際情況的傳熱量q總是小于可能的最大傳熱量qmax，我們將q/qmax定義為換熱器的效能，并用表示，即2效能-傳熱單元數(shù)法102換熱器效能公式中的依賴于換熱器的設(shè)計，則依賴于換熱器的運(yùn)行條件，因此，在一定程度上表征了換熱器綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能，習(xí)慣上將這個比值（無量綱數(shù)）定義為傳熱單元數(shù)NTU，即因此，與順流類似，逆流時：換熱器效能公式中的依賴于換熱器的設(shè)計，則依1033換熱器設(shè)計時的綜合考慮換熱器設(shè)計是綜合性的課題，必須考慮出投資，運(yùn)行費(fèi)用，安全可靠等諸多因素。4換熱器的結(jié)垢及污垢熱阻污垢增加了熱阻，使傳熱系數(shù)減小，這種熱阻成為污垢熱阻，用Rf表示，式中：k為有污垢后的換熱面的傳熱系數(shù)，k0為潔凈換熱面的傳熱系數(shù)。3換熱器設(shè)計時的綜合考慮104對于兩側(cè)均已結(jié)構(gòu)的管殼式換熱器，以管子外表面為計算依據(jù)的傳熱系數(shù)可以表示成：如果管子外壁沒有肋化，則肋面總效率o=1。管殼式換熱器的部分污垢熱阻可以在表10-1種查得。對于兩側(cè)均已結(jié)構(gòu)的管殼式換熱器，以管子外表面為計算依據(jù)的傳熱105傳熱學(xué)傳熱學(xué)106一、熱量傳遞的三種基本方式導(dǎo)熱(熱傳導(dǎo))對流(熱對流)

三種基本模式的定義、實(shí)例熱輻射一、熱量傳遞的三種基本方式107二、導(dǎo)熱基本定律(Fourier’slaw）1822年，法國數(shù)學(xué)家傅里葉（Fourier）在實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)熱基本規(guī)律——傅里葉定律垂直導(dǎo)過等溫面的熱流密度，正比于該處的溫度梯度，方向與溫度梯度相反熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱系數(shù)）直角坐標(biāo)系中：注：傅里葉定律只適用于各向同性材料

各向同性材料：熱導(dǎo)率在各個方向是相同的（Thermalconductivity）二、導(dǎo)熱基本定律(Fourier’slaw）1822年，法108上式稱為Fourier定律，號稱導(dǎo)熱基本定律，是一個一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。其中：：熱流量，單位時間傳遞的熱量[W]；q：熱流密度，單位時間通過單位面積傳遞的熱量；A：垂直于導(dǎo)熱方向的截面積[m2]；：導(dǎo)熱系數(shù)（熱導(dǎo)率）[W/(mK)]。圖2-9一維穩(wěn)態(tài)平板內(nèi)導(dǎo)熱t(yī)0xdxdtQ上式稱為Fourier定律，號稱導(dǎo)熱基本定律，是一個一維穩(wěn)態(tài)109熱導(dǎo)率的數(shù)值：就是物體中單位溫度梯度、單位時間、通過單位面積的導(dǎo)熱量

—物質(zhì)的重要熱物性參數(shù)影響熱導(dǎo)率的因素：熱導(dǎo)率的數(shù)值表征物質(zhì)導(dǎo)熱能力大小。實(shí)驗(yàn)測定三、熱導(dǎo)率（Thermalconductivity）熱導(dǎo)率的數(shù)值：就是物體中單位溫度梯度、單位時間、通過—物110導(dǎo)熱系數(shù)表征材料導(dǎo)熱能力的大小，是一種物性參數(shù)，與材料種類和溫度關(guān)。保溫材料及其表觀導(dǎo)熱系數(shù)多孔性結(jié)構(gòu)的保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)表征材料導(dǎo)熱能力的大小，是一種物性參數(shù)，與材料種類和111４、導(dǎo)熱微分方程及邊界條件導(dǎo)熱分為穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱和非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。邊界條件：說明導(dǎo)熱體邊界上過程進(jìn)行的特點(diǎn)反映過程與周圍環(huán)境相互作用的條件邊界條件一般可分為三類：第一類、第二類、第三類邊界條件４、導(dǎo)熱微分方程及邊界條件導(dǎo)熱分為穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱和非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。邊界112Q圖2-9導(dǎo)熱熱阻的圖示

t0xdxdtQ導(dǎo)熱熱阻單位導(dǎo)熱熱阻導(dǎo)熱熱阻：平壁，圓筒壁Q圖2-9導(dǎo)熱熱阻的圖示t0x113§2-4通過肋片的導(dǎo)熱及傳熱強(qiáng)化第三類邊界條件下通過平壁的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：為了增加傳熱量，可以采取哪些措施?（1）增加溫差（tf1-tf2），但受工藝條件限制（2）減小熱阻：

a)金屬壁一般很薄(很小)、熱導(dǎo)率很大，故導(dǎo)熱熱阻一般可忽略b)增大h1、h2，但提高h(yuǎn)1、h2并非任意的c)增大換熱面積A也能增加傳熱量—肋片強(qiáng)化傳熱的原理§2-4通過肋片的導(dǎo)熱及傳熱強(qiáng)化第三類邊界條件下通過平壁114肋片效率：肋面總效率：等截面直肋：肋片效率：肋面總效率：等截面直肋：115對流換熱分類：對流換熱分類：116——當(dāng)流體與壁面溫度相差1度時、每單位壁面面積上、單位時間內(nèi)所傳遞的熱量影響h因素：流動形式、物性、幾何形狀、對流類型等（Convectionheattransfercoefficient）(5)對流換熱系數(shù)(表面?zhèn)鳠嵯禂?shù))——當(dāng)流體與壁面溫度相差1度時、每單位壁面面積上、單位時間117求解導(dǎo)熱問題的三種基本方法：(1)理論分析法；(2)數(shù)值計算法；(3)實(shí)驗(yàn)法

三種方法的基本求解過程

(1)所謂理論分析方法，就是在理論分析的基礎(chǔ)上，直接對微分方程在給定的定解條件下進(jìn)行積分，這樣獲得的解稱之為分析解，或叫理論解；

(2)數(shù)值計算法，把原來在時間和空間連續(xù)的物理量的場，用有限個離散點(diǎn)上的值的集合來代替，通過求解按一定方法建立起來的關(guān)于這些值的代數(shù)方程，從而獲得離散點(diǎn)上被求物理量的值；并稱之為數(shù)值解；求解導(dǎo)熱問題的三種基本方法：(1)理論分析法；(2)數(shù)值1184-2邊界節(jié)點(diǎn)離散方程的建立及代數(shù)方程的求解對于第一類邊界條件的熱傳導(dǎo)問題，處理比較簡單，因?yàn)橐阎吔绲臏囟?，可將其以?shù)值的形式加入到內(nèi)節(jié)點(diǎn)的離散方程中，組成封閉的代數(shù)方程組，直接求解。而對于第二類邊界條件或第三類邊界條件的熱傳導(dǎo)問題，就必須用熱平衡的方法，建立邊界節(jié)點(diǎn)的離散方程，邊界節(jié)點(diǎn)與內(nèi)節(jié)點(diǎn)的離散方程一起組成封閉的代數(shù)方程組，才能求解。為了求解方便，這里我們將第二類邊界條件及第三類邊界條件合并起來考慮，用qw表示邊界上的熱流密度或熱流密度表達(dá)式。用Φ表示內(nèi)熱源強(qiáng)度。4-2邊界節(jié)點(diǎn)離散方程的建立及代數(shù)對于第一類邊界條件的熱傳119§5-1對流換熱概述1對流換熱的定義和性質(zhì)對流換熱是指流體流經(jīng)固體時流體與固體表面之間的熱量傳遞現(xiàn)象?！駥α鲹Q熱實(shí)例：1)暖氣管道;2)電子器件冷卻；3)電風(fēng)扇●對流換熱與熱對流不同，既有熱對流，也有導(dǎo)熱；不是基本傳熱方式§5-1對流換熱概述1對流換熱的定義和性質(zhì)對流換熱是指120(1)

導(dǎo)熱與熱對流同時存在的復(fù)雜熱傳遞過程(2)必須有直接接觸（流體與壁面）和宏觀運(yùn)動；也必須有溫差(3)由于流體的粘性和受壁面摩擦阻力的影響，緊貼壁面處會形成速度梯度很大的邊界層2對流換熱的特點(diǎn)3對流換熱的基本計算式牛頓冷卻式:(1)導(dǎo)熱與熱對流同時存在的復(fù)雜熱傳遞過程2對流換熱的特1215對流換熱的影響因素對流換熱是流體的導(dǎo)熱和對流兩種基本傳熱方式共同作用的結(jié)果。其影響因素主要有以下五個方面：(1)流動起因;(2)流動狀態(tài);(3)流體有無相變;(4)換熱表面的幾何因素;(5)流體的熱物理性質(zhì)6對流換熱的分類：(1)流動起因自然對流：流體因各部分溫度不同而引起的密度差異所產(chǎn)生的流動強(qiáng)制對流：由外力（如：泵、風(fēng)機(jī)、水壓頭）作用所產(chǎn)生的流動5對流換熱的影響因素對流換熱是流體的導(dǎo)熱和對流兩種基本傳熱122(2)流動狀態(tài)(3)流體有無相變層流：整個流場呈一簇互相平行的流線湍流：流體質(zhì)點(diǎn)做復(fù)雜無規(guī)則的運(yùn)動（紊流）（Laminarflow）（Turbulentflow）單相換熱：相變換熱：凝結(jié)、沸騰、升華、凝固、融化等（Singlephaseheattransfer）（Phasechange）（Condensation）（Boiling）(2)流動狀態(tài)(3)流體有無相變層流：整個流場呈一簇互相123(4)換熱表面的幾何因素：內(nèi)部流動對流換熱：管內(nèi)或槽內(nèi)外部流動對流換熱：外掠平板、圓管、管束(4)換熱表面的幾何因素：內(nèi)部流動對流換熱：管內(nèi)或槽內(nèi)外部124(5)流體的熱物理性質(zhì)：熱導(dǎo)率密度比熱容動力粘度運(yùn)動粘度體脹系數(shù)(5)流體的熱物理性質(zhì)：熱導(dǎo)率密度比熱容動力粘度運(yùn)動粘度體125綜上所述，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是眾多因素的函數(shù)：綜上所述，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是眾多因素的函數(shù)：1264物理意義無量綱熱阻無量綱時間Fo越大，熱擾動就能越深入地傳播到物體內(nèi)部，因而，物體各點(diǎn)地溫度就越接近周圍介質(zhì)的溫度。4物理意義無量綱熱阻無量綱時間Fo越大，127對流換熱微分方程組:(常物性、無內(nèi)熱源、二維、不可壓縮牛頓流體)對流換熱微分方程組:(常物性、無內(nèi)熱源、二維、不可128前面4個方程求出溫度場之后，可以利用牛頓冷卻微分方程：計算當(dāng)?shù)乇砻鎸α鱾鳠嵯禂?shù)4個方程，4個未知量——可求得速度場(u,v)和溫度場(t)以及壓力場(p),既適用于層流，也適用于紊流（瞬時值）前面4個方程求出溫度場之后，可以利用牛頓冷卻微分方程：計算當(dāng)1295無量綱量的獲得：相似分析法和量綱分析法相似分析法：在已知物理現(xiàn)象數(shù)學(xué)描述的基礎(chǔ)上，建立兩現(xiàn)象之間的一些列比例系數(shù)，尺寸相似倍數(shù)，并導(dǎo)出這些相似系數(shù)之間的關(guān)系，從而獲得無量綱量。以左圖的對流換熱為例，現(xiàn)象1：現(xiàn)象2：數(shù)學(xué)描述：5無量綱量的獲得：相似分析法和量綱分析法相似分析法：在已知130對自然對流的微分方程進(jìn)行相應(yīng)的分析，可得到一個新的無量綱數(shù)——格拉曉夫數(shù)式中：——流體的體積膨脹系數(shù)K-1Gr——表征流體浮生力與粘性力的比值

(2)量綱分析法：在已知相關(guān)物理量的前提下，采用量綱分析獲得無量綱量。對自然對流的微分方程進(jìn)行相應(yīng)的分析，可得到一個新的無量綱數(shù)—1312常見無量綱(準(zhǔn)則數(shù))數(shù)的物理意義及表達(dá)式(很重要）2常見無量綱(準(zhǔn)則數(shù))數(shù)的物理意義及表達(dá)式(很重要）1323實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如何整理（整理成什么樣函數(shù)關(guān)系）特征關(guān)聯(lián)式的具體函數(shù)形式、定性溫度、特征長度等的確定具有一定的經(jīng)驗(yàn)性目的：完滿表達(dá)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的規(guī)律性、便于應(yīng)用，特征數(shù)關(guān)聯(lián)式通常整理成已定準(zhǔn)則的冪函數(shù)形式：式中，c、n、m等需由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定，通常由圖解法和最小二乘法確定3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如何整理（整理成什么樣函數(shù)關(guān)系）特征關(guān)聯(lián)式的具體133自然對流換熱：混合對流換熱：強(qiáng)制對流:④常見準(zhǔn)則數(shù)的定義、物理意義和表達(dá)式，及其各量的物理意義⑤?；囼?yàn)應(yīng)遵循的準(zhǔn)則數(shù)方程試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理形式：自然對流換熱：混合對流換熱：強(qiáng)制對流:④常見準(zhǔn)則數(shù)的定義、物134自然對流換熱：混合對流換熱：強(qiáng)制對流:④常見準(zhǔn)則數(shù)的定義、物理意義和表達(dá)式，及其各量的物理意義⑤模化試驗(yàn)應(yīng)遵循的準(zhǔn)則數(shù)方程試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理形式：自然對流換熱：混合對流換熱：強(qiáng)制對流:④常見準(zhǔn)則數(shù)的定義、物1352.入口段的熱邊界層薄，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)高。層流入口段長度:湍流時:層流湍流2.入口段的熱邊界層薄，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)高。層流湍流1363、螺旋管等彎管——彎管效應(yīng)：二次環(huán)流強(qiáng)化傳熱4、非圓形截面槽道——當(dāng)量直徑：3、螺旋管等彎管——彎管效應(yīng)：二次環(huán)流強(qiáng)化傳熱137二.橫掠管束換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式外掠管束在換熱器中最為常見。通常管子有叉排和順排兩種排列方式。順叉排換熱的比較：叉排換熱強(qiáng)、阻力損失大并難于清洗。影響管束換熱的因素除數(shù)外，還有：叉排或順排；管間距；管束排數(shù)等。二.橫掠管束換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式外掠管束在換熱器中最為常見。影響138氣體橫掠10排以上管束的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式為

式中：定性溫度為特征長度為管外徑d，數(shù)中的流速采用整個管束中最窄截面處的流速。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證范圍：C和m的值見下表。后排管受前排管尾流的擾動作用對平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的影響直到10排以上的管子才能消失。這種情況下，先給出不考慮排數(shù)影響的關(guān)聯(lián)式，再采用管束排數(shù)的因素作為修正系數(shù)。氣體橫掠10排以上管束的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式為后排管受前排管尾流的擾動139§6-5自然對流換熱及實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式自然對流：不依靠泵或風(fēng)機(jī)等外力推動，由流體自身溫度場的不均勻所引起的流動。一般地，不均勻溫度場僅發(fā)生在靠近換熱壁面的薄層之內(nèi)。自然對流的自?；F(xiàn)象：紊流時換熱系數(shù)與特征尺度無關(guān)?！?-5自然對流換熱及實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式自然對流：不依靠泵140工程中廣泛使用的是下面的關(guān)聯(lián)式：式中：定性溫度采用數(shù)中的為與之差，對于符合理想氣體性質(zhì)的氣體，。特征長度的選擇：豎壁和豎圓柱取高度，橫圓柱取外徑。常數(shù)C和n的值見下表。層流時：n=1/4湍流時：n=1/3

一.大空間自然對流換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式工程中廣泛使用的是下面的關(guān)聯(lián)式：一.大空間自然對流換熱的實(shí)141第五章和第六章我們分析了無相變的對流換熱，包括強(qiáng)制對流換熱和自然對流換熱下面我們即將遇到的是有相變的對流換熱，也稱之為相變換熱，目前涉及的是凝結(jié)換熱和沸騰換熱兩種。相變換熱的特點(diǎn)：由于有潛熱釋放和相變過程的復(fù)雜性，比單相對流換熱更復(fù)雜，因此，目前，工程上也只能助于經(jīng)驗(yàn)公式和實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。第五章和第六章我們分析了無相變的對流換熱，包括強(qiáng)制對流換熱和142§7-1凝結(jié)傳熱的模式§7-2膜狀凝結(jié)分析解及計算關(guān)聯(lián)式凝結(jié)換熱的關(guān)鍵點(diǎn)凝結(jié)可能以不同的形式發(fā)生，膜狀凝結(jié)和珠狀凝結(jié)冷凝物相當(dāng)于增加了熱量進(jìn)一步傳遞的熱阻層流和湍流膜狀凝結(jié)換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式影響膜狀凝結(jié)換熱的因素會分析豎壁和橫管的換熱過程，及Nusselt膜狀凝結(jié)理論凝結(jié)換熱實(shí)例冷凝器中的換熱寒冷冬天窗戶上的冰花許多其他的工業(yè)應(yīng)用過程§7-1凝結(jié)傳熱的模式§71431凝結(jié)過程

膜狀凝結(jié)沿整個壁面形成一層薄膜，并且在重力的作用下流動，凝結(jié)放出的汽化潛熱必須通過液膜，因此，液膜厚度直接影響了熱量傳遞。珠狀凝結(jié)當(dāng)凝結(jié)液體不能很好的浸潤壁面時，則在壁面上形成許多小液珠，此時壁面的部分表面與蒸汽直接接觸，因此，換熱速率遠(yuǎn)大于膜狀凝結(jié)（可能大幾倍，甚至一個數(shù)量級）gg1凝結(jié)過程膜狀凝結(jié)珠狀凝結(jié)gg144(2)局部對流換熱系數(shù)整個豎壁的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)(3)修正：實(shí)驗(yàn)表明，由于液膜表面波動，凝結(jié)換熱得到強(qiáng)化，因此，實(shí)驗(yàn)值比上述得理論值高20％左右修正后：定性溫度：注意：r按ts確定(2)局部對流換熱系數(shù)整個豎壁的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)(3)修145時，慣性力項(xiàng)和液膜過冷度的影響均可忽略。對于傾斜壁，則用gsin代替以上各式中的g即可另外，除了對波動的修正外，其他假設(shè)也有人做了相關(guān)的研究，如當(dāng)并且，(4)水平圓管努塞爾的理論分析可推廣到水平圓管及球表面上的層流膜狀凝結(jié)式中：下標(biāo)“H”表示水平管，“S”表示球;d為水平管或球的直徑。定性溫度與前面的公式相同時，慣性力項(xiàng)和液膜過冷度的影響均可忽略。對于傾斜壁，則用g146§7-3膜狀凝結(jié)的影響因素及其傳熱強(qiáng)化

工程實(shí)際中所發(fā)生的膜狀凝結(jié)過程往往比較復(fù)雜，受各種因素的影響。1.不凝結(jié)氣體

不凝結(jié)氣體增加了傳遞過程的阻力，同時使飽和溫度下降，減小了凝結(jié)的驅(qū)動力2.蒸氣流速

流速較高時，蒸氣流對液膜表面產(chǎn)生模型的粘滯應(yīng)力。如果蒸氣流動與液膜向下的流動同向時，使液膜拉薄，增大；反之使減小?！?-3膜狀凝結(jié)的影響因素及其傳熱強(qiáng)化工程實(shí)際中所發(fā)1477.凝結(jié)表面的幾何形狀強(qiáng)化凝結(jié)換熱的原則是盡量減薄粘滯在換熱表面上的液膜的厚度?？捎酶鞣N帶有尖峰的表面使在其上冷凝的液膜拉薄，或者使已凝結(jié)的液體盡快從換熱表面上排泄掉。7.凝結(jié)表面的幾何形狀148§7-4大容器沸騰傳熱模式及臨界熱流密度CHF

§7-4大容器沸騰傳熱模式及臨界熱流密度CHF149§7-6沸騰換熱的影響因素及其強(qiáng)化沸騰換熱是我們學(xué)過的換熱現(xiàn)象中最復(fù)雜的，影響因素也最多，由于我們只學(xué)習(xí)了大容器沸騰換熱，因此，影響因素也只針對大容器沸騰換熱。1不凝結(jié)氣體

對膜狀凝結(jié)換熱的影響？與膜狀凝結(jié)換熱不同，液體中的不凝結(jié)氣體會使沸騰換熱得到某種程度的強(qiáng)化2過冷度只影響過冷沸騰，不影響飽和沸騰，因自然對流換熱時，，因此，過冷會強(qiáng)化換熱。3、沸騰換熱分類及沸騰曲線（詳見參考書）見p.327§7-6沸騰換熱的影響因素及其強(qiáng)化沸騰換熱是我們學(xué)過的換熱150§8-1熱輻射的基本概念1.熱輻射特點(diǎn)(1)

定義：由熱運(yùn)動產(chǎn)生的，以電磁波形式傳遞的能量；(2)特點(diǎn)：a任何物體，只要溫度高于0K，就會不停地向周圍空間發(fā)出熱輻射；b可以在真空中傳播；c伴隨能量形式的轉(zhuǎn)變；d具有強(qiáng)烈的方向性；e輻射能與溫度和波長均有關(guān)；f發(fā)射輻射取決于溫度的4次方。2.電磁波譜電磁輻射包含了多種形式，如圖8-1所示，而我們所感興趣的，即工業(yè)上有實(shí)際意義的熱輻射區(qū)域一般為0.1~100μm。電磁波的傳播速度：

c=fλ

式中：f—頻率，s-1;λ—波長，μm§8-1熱輻射的基本概念1.熱輻射特點(diǎn)2.電磁波譜電151當(dāng)熱輻射投射到物體表面上時，一般會發(fā)生三種現(xiàn)象，即吸收、反射和穿透，如圖8-2所示。3.物體對熱輻射的吸收、反射和穿透

圖8-2物體對熱輻射的吸收反射和穿透當(dāng)熱輻射投射到物體表面上時，一般會發(fā)生三種現(xiàn)象，即吸收、反射1521.黑體概念黑體：是指能吸收投入到其面上的所有熱輻射能的物體，是一種科學(xué)假想的物體，現(xiàn)實(shí)生活中是不存在的。但卻可以人工制造出近似的人工黑體。圖8-5黑體模型§8-2黑體輻射的基本定律1.黑體概念圖8-5黑體模型§8-2黑體輻射的基本定153輻射力E：單位時間內(nèi)，物體的單位表面積向半球空間發(fā)射的所有波長的能量總和。(W/m2)；光譜輻射力Eλ：單位時間內(nèi)，單位波長范圍內(nèi)(包含某一給定波長)，物體的單位表面積向半球空間發(fā)射的能量。(W/m3)；2.熱輻射能量的表示方法E、Eλ關(guān)系:顯然，E和Eλ之間具有如下關(guān)系：黑體一般采用下標(biāo)b表示，如黑體的輻射力為Eb，黑體的光譜輻射力為Ebλ輻射力E：2.熱輻射能量的表示方法E、Eλ關(guān)系:顯然，E和1543.黑體輻射的三個基本定律及相關(guān)性質(zhì)

式中，λ—波長，m；T—黑體溫度，K；c1

—第一輻射常數(shù)，3.742×10-16Wm2；

c2—第二輻射常數(shù)，1.4388×10-2WK；

(1)Planck定律(第一個定律)：圖7-6是根據(jù)上式描繪的黑體光譜輻射力隨波長和溫度的依變關(guān)系。λm與T的關(guān)系由維恩位移定律給出，圖8-6Planck定律的圖示3.黑體輻射的三個基本定律及相關(guān)性質(zhì)式中，λ—波長，m155(2)Stefan-Boltzmann定律(第二個定律)：

式中，σ=5.67×10-8w/(m2K4)，是Stefan-Boltzmann常數(shù)。(3)黑體輻射函數(shù)黑體在波長λ1和λ2區(qū)段內(nèi)所發(fā)射的輻射力，如圖7-7所示：圖8-7特定波長區(qū)段內(nèi)的黑體輻射力(2)Stefan-Boltzmann定律(第二個定律)：156定義：球面面積除以球半徑的平方稱為立體角，單位：sr(球面度)，如圖8-8和8-9所示：(4)立體角黑體輻射函數(shù):定義：球面面積除以球半徑的平方稱為立體角，單位：sr(球面度157定義：單位時間內(nèi)，物體在垂直發(fā)射方向的單位面積上，在單位立體角內(nèi)發(fā)射的一切波長的能量，參見圖7-10。

(5)定向輻射強(qiáng)度L(,)：圖8-10定向輻射強(qiáng)度的定義圖(6)Lambert定律(黑體輻射的第三個基本定律)它說明黑體的定向輻射力隨天頂角呈余弦規(guī)律變化，見圖7-11，因此，Lambert定律也稱為余弦定律。定義：單位時間內(nèi)，物體在垂直發(fā)射方向的單位面積上，在單位立體158圖8-11Lambert定律圖示沿半球方向積分上式，可獲得了半球輻射強(qiáng)度E:圖8-11Lambert定律圖示沿半球方向積分上式，可獲159§

8-3固體和液體的輻射特性1發(fā)射率前面定義了黑體的發(fā)射特性：同溫度下，黑體發(fā)射熱輻射的能力最強(qiáng)，包括所有方向和所有波長；真實(shí)物體表面的發(fā)射能力低于同溫度下的黑體；因此，定義