第五章傳熱熱輻射

5.5輻射傳熱化學(xué)工程與工藝研究所5/24/20231熱輻射的定義與性質(zhì)

任何物體，只要其絕對溫度不為零度，都會不停的以電磁波的形式向外界輻射能量；同時，又不斷吸收來自外界其他物體的輻射能。當(dāng)物體向外界輻射的能量與其從外界吸收的輻射能不相等時，該物體與外界就產(chǎn)生熱量的傳遞。這種傳熱方式稱為熱輻射。熱輻射線可以在真空中傳播，無需任何介質(zhì)，這是熱輻射與對流和傳導(dǎo)的主要不同點(diǎn)。因此，輻射傳熱的規(guī)律也不同于對流傳熱和導(dǎo)熱。5/24/202325/24/20233（一）固體輻射

1.黑體入射輻射Q某物體按能量守恒定律，有:5/24/20234顯然，有：式中各項依次稱為該物體對入射輻射的吸收率，反射率和穿透率，并分別用字母a,r,d表示。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)實生活中是不存在的。但卻可以人工制造出近似的人工黑體。黑體模型5/24/20235黑體a=1.白體r=1.透射體d=1“黑”，“白”之分不據(jù)顏色雪霜a=0.985近似黑體，黑光金屬r=0.97近似白體。黑體，白體，透射體5/24/20236斯蒂芬—波爾茲曼定律稱為黑體發(fā)射常數(shù)。上式也可表示為：稱為黑體發(fā)射系數(shù)。表明絕對黑體的發(fā)射能力和絕對溫度的四次方成正比。5/24/202372.實際物體黑度黑度只與輻射物體本身情況有關(guān)（與溫度有關(guān)），是物體的一種性質(zhì)，而與外界無關(guān)。任何實際物體只能部分吸收投入其上的輻射能，而且對不同波長的輻射能呈現(xiàn)出一定的選擇性，即對不同波長的輻射能的吸收程度不同。5/24/202383.灰體實驗證明，對于波長在范圍內(nèi)的輻射能，即工業(yè)上應(yīng)用最多的熱輻射，大多數(shù)材料的吸收率隨波長變化不大，根據(jù)這一實際情況，可以把實際物體當(dāng)成是對各種波長輻射能均能同樣吸收的理想物體。這種理想物體稱為灰體。5/24/20239克希荷夫從理論上證明：此式稱為克希荷夫定律。此式為克希荷夫定律得另一種表達(dá)式。5/24/2023104.黑體間的輻射傳熱兩黑體間傳遞的熱流量：5/24/202311角系數(shù)定義從表面1發(fā)出的輻射能中落到表面2上的百分?jǐn)?shù)稱為表面1對表面2的角系數(shù)，記為落到dA2上的由dA1發(fā)出的輻射能dA1向外發(fā)出的總輻射能5/24/202312由藍(lán)貝特定律可證明：工程上為了方便起見，已經(jīng)把角系數(shù)的結(jié)果繪成曲線，以便計算。5/24/2023135.灰體間的輻射傳熱125/24/202314有效輻射和投入輻射單位時間內(nèi)離開某灰體單位面積的總輻射能稱為有效輻射，而單位時間投入灰體單位面積的總輻射能稱為投入輻射。12對假象平面1考察，單位時間，單位面積凈損失能量為：對假象平面2考察，有：5/24/202315聯(lián)立全上兩穿式，廣得：引入愉了有濃效輻胡射，殊則可喬以把艙灰體綿當(dāng)成惡是對懲投入叛輻射鑄全部件吸收利而輻扇射能于力等軌于有浴效輻踩射的突“黑凱體”論。將有權(quán)效輻姨射的曉表達(dá)硬式代畝入，品并且儲當(dāng)考輛察對竭象是凈兩灰李體組籍成的喂與外盲界沒稀有輻妥射能妹交換辭的封挽閉系屯統(tǒng)時事，有陽：可得垂：5/明18替/2稀02肥316或?qū)懺桑菏街惺浚Q為隙系統(tǒng)牢黑度嗽。5/植18滲/2憤02園317(1灶)兩距禿離很成近大禮平板棍：5/艙18然/2想02度318(2毫)內(nèi)包咐系統(tǒng)邁，內(nèi)捷包物說體具否有凸舉表面125/獸18消/2寬02催319例：熱電偶的測溫誤差：用裸露熱電偶測得管產(chǎn)內(nèi)高溫氣體的溫度T1＝923K。已知管壁溫度為713K，熱電偶表面的黑度，高溫氣體對熱電偶表面的對流給熱系數(shù)，試求管內(nèi)的真實溫度及熱電偶的測溫誤差。如采用單層遮熱抽氣式熱電偶，熱電偶的指示溫度為多少？假設(shè)由于抽氣的原因氣體對熱電偶的對流給熱系數(shù)增至，遮熱罩表面的黑度5/滑18滾/2簽02秤3205/民18潮/2魚02溜3215/儉18觀/2憤02霉322(6自)影響嶄輻射饑的主畢要因窮素1.溫度外影響與撈成慘正比燦，很刃敏感看。與政對流登、傳盲導(dǎo)不促同。2.幾何統(tǒng)位置悲影響壤角系菊數(shù)3.表面蘿黑度隙的影拆響為了突減少姨輻射宮散熱澆，可淹在表思面上偷鍍以凝黑度陰很小特的銀仿、鋁聾等。4.輻射滿表面猛之間薯介質(zhì)碌的影掃響介質(zhì)止指輻桶射面煌之間寶的某鈴一參昂與輻頁射的縫物體的，其獲影響碼著輻咸射面弱之間翠的直倚接輻豎射，臭如遮協(xié)熱屏應(yīng)壁。串為了蛇減少罩輻射第散熱掙，加串遮熱擦板。5/秀18灑/2度02抄323例：綿遮熱街板的位作用控：實誤驗室歲內(nèi)有望一高0.塌5m，寬1m的鑄谷鐵爐皂門，弊其表休面溫友度為敏，美（1）試暖求由粉于爐聾門輻廈射散把熱的博熱流摸量（2）若赴在爐閑門前采很近刃距離庸平行秒放置共一塊上同等慮大小粘的鋁糊板（睛已氧杰化）難作為遮尿熱板淺，則納輻射泉散熱辣熱流刷量可塊降為悅多少倒？設(shè)模室溫農(nóng)為桶。高溫爐門鋁板遮熱板環(huán)境空氣5/候18朵/2姥02盡3245/纖18眾/2貞02鍬3255/銳18租/2僵02覺326(7倘)輻射游給熱滲系數(shù)5/溫18姜/2奮02鞠327（二磚）氣體輻劍射氣體：對盒稱雙推原子互氣體然（H2、O2、空氣亡）——近似透熱些體，無吸讀收、判輻射叮能力多原貪子氣掀體(CO2、H2O蒸汽)——高溫?fù)駮r具想有很屢強(qiáng)輻宋射和街吸收欲能力遷。氣體厚熱輻擾射特蔥點(diǎn)：*企選擇眠性—只輻剩射和劫吸收袍某一告波長癢范圍念的輻目射能仆；*容積虜輻射旬特性—吸收以和輻膜射在府整個紹體積身內(nèi)進(jìn)閑行。氣體嶄發(fā)射海能力瀉：5/脖18努/2謎02咬328（三短）輻察射、粥對流坊的聯(lián)建合