返回北京化工大学化工原理电子课件
1
4.5 热辐射
4.5.1 基本概念
4.5.2 物体的辐射能力
4.5.3 两固体间的相互辐射
4.5.4 高温 设备及管道的热损失返回北京化工大学化工原理电子课件
2
4.5.1 基本概念
1,辐射：物体通过电磁波来传递能量的过程。
2,热辐射：物体由于热的原因以电磁波的形式向外发射能量的过程。
特点：
能量传递的同时还伴随着能量形式的转换；
不需要任何介质。
返回北京化工大学化工原理电子课件
3
QR
QD
QA
NQ 能量守恒定律：
DRA QQQQ
式中 —— 吸收率；
—— 反射率；
—— 穿透率。
AQQ?A
RQQ?R
DQQ?D
1 DRA
3,热辐射对物体的作用总能量 Q；被物体吸收 QA ；被反射 QR ；穿过物体 QD
返回北京化工大学化工原理电子课件
4
黑体,1?A
白体 （ 镜体 ）,1?R
透热体,1?D
A,R,D = f(物体性质、温度、表面、辐射波长 ）
灰体,指能以相同的吸收率吸收所有波长的辐射能的物体 。
固体、液体,D=0 R+A=1
气体,R=0 A+D=1
返回北京化工大学化工原理电子课件
5
4.5.2 物体的辐射能力物体在一定温度下,单位表面积,单位时间内所发射的 全部辐射能 （ 波长从 0到?）,W/m2。
物体的单色辐射能力：物体在一定温度下，发射 某种波长 的能力；以 E?表示,单位 W/m3。
辐射能与单色辐射能的关系：
dEE
0
1/
5
1
0
2?
Tce
c
E
普朗克定律返回北京化工大学化工原理电子课件
6
Km104 3 8 7.1
mW107 4 3.3
2
2
216
1
c
c其中式中?0──黑体辐射常数,=5.67× 10-8W/(m2,K4)；
C0──黑体辐射系数,=5.67W/(m2,K4)
斯蒂芬 -波尔茨曼定律一、黑体
4
0
4
0 00
)10 0( TCTdEE o
四次方定律表明，热辐射对温度特别敏感。
返回北京化工大学化工原理电子课件
7
二,实际物体物体的黑度：
0E
E<1
物体的黑度?：物体的种类、表面温度、表面状况、
波长。 是物体辐射能力接近黑体辐射能力的程度。
式中 C—— 灰体的辐射系数,C=5.669?W/(m2.K4)
44
00 1 0 01 0 0
TCTCEE
三、灰体返回北京化工大学化工原理电子课件
8
四、克希霍夫定律
T1 > T2
A1 A2=1
对灰体,
011 EAEQ
热交换达到平衡时 T1=T2,Q=0
011 EAE?
0
1
1 E
A
E?
任意物体,
0EA
E?
E1
E0
（ 1-A1） E0A
1E0
Ⅰ
灰体
Ⅱ
黑体克希霍夫定律返回北京化工大学化工原理电子课件
9
结论：
（ 1）任何物体的发射能力与吸收率的比值均相同，且等于同温度下绝对黑体的发射能力。
物体的发射能力越强，其吸收率越大。
（ 2） A=?
即同温度下，物体的吸收率与黑度在数值上相等。
（３）Ａ＜１，Ｅ＜Ｅ ０,即在任何温度下，
各种物体中以绝对黑体的 发射能力为最大。
返回北京化工大学化工原理电子课件
10
一、两无限大平行灰体壁面间的相互辐射
4.5.3 两固体间的相互辐射返回北京化工大学化工原理电子课件
11
'2'121 EEq
2121
2112
21 AAAA
EAEAq
设 T1 >T2
E1,E2——1,2面在温度 T1,T2下的发射能力；
E1’,E2’——1,2面发射的总能量。
'
122
'
2
'
211
'
1
)1(
)1(
EAEE
EAEE
两平面间单位面积的辐射热量：
返回北京化工大学化工原理电子课件
12
])
100
()
100
[(
1
11
4241
21
0
21
TTC
q?
02121
0
21 111
1
111
CCC
C
C
令：
将
22
11
42
022
41
011
)
100
(
)
100
(
A
A
T
CE
T
CE
代入：
—— 总发射系数返回北京化工大学化工原理电子课件
13
])100()100[( 4241211221 TTACQ
式中 A—— 平面的传热面积；
1-2—— 角系数 (物体 1发射辐射能被 2拦截分率 )。
两平面的面积有限时：
])1 00()1 00[( 42412121 TTACQ
返回北京化工大学化工原理电子课件
14
二、一物体被另一物体包围时的辐射
1
)
11
(
1
1
)1
1
(
1
22
1
122
1
1
21
O
o
CCA
A
CA
A
C
C
返回北京化工大学化工原理电子课件
15
讨论,1）很大的物体 2包住物体 1：
0121 CC
2）物体 2恰好包住物体 1：
111
21
0
21
C
C
3）情况 1和 2间的情况：
)11(1
22
1
1
0
21
A
A
C
C
A=A1
A=A1
A=A1
返回北京化工大学化工原理电子课件
16
三、影响辐射传热的因素
1,温度的影响
ＱT4,低温时可忽略，高温时可能成为主要方式
2,几何位置的影响
3,表面黑度的影响
Ｑ，可通过改变黑度的大小强化或减小辐射传热。
4,辐射表面间介质的影响减小辐射散热，在两换热面加遮热板（黑度较小的热屏）。
返回北京化工大学化工原理电子课件
17
4.5.4 高温 设备及管道的热损失对流散热,)( ttAQ
WWCC
辐射散热：
44
21 )1 0 0()1 0 0(
TTACQ W
WR?
令?=1
)()100()100( 4421 ttAtt ttTTACQ WWR
W
WW
WR
总热损失：
)()()( ttAttAQQQ WWTWWRCRC
式中?T—— 对流 -辐射联合传热系数,W/(m2.K)。
返回北京化工大学化工原理电子课件
18
(1)空气自然对流，当 tW<150?C时平壁保温层外
)(07.08.9 tt WT
)(0 52.04.9 tt WT
(2) 空气沿粗糙壁面强制对流空气速度 u<=5m/s时 u
T 2.42.6
78.08.7 uT
管道及圆筒壁保温层外空气速度 u>5m/s时
1
4.5 热辐射
4.5.1 基本概念
4.5.2 物体的辐射能力
4.5.3 两固体间的相互辐射
4.5.4 高温 设备及管道的热损失返回北京化工大学化工原理电子课件
2
4.5.1 基本概念
1,辐射：物体通过电磁波来传递能量的过程。
2,热辐射：物体由于热的原因以电磁波的形式向外发射能量的过程。
特点：
能量传递的同时还伴随着能量形式的转换；
不需要任何介质。
返回北京化工大学化工原理电子课件
3
QR
QD
QA
NQ 能量守恒定律：
DRA QQQQ
式中 —— 吸收率；
—— 反射率；
—— 穿透率。
AQQ?A
RQQ?R
DQQ?D
1 DRA
3,热辐射对物体的作用总能量 Q；被物体吸收 QA ；被反射 QR ；穿过物体 QD
返回北京化工大学化工原理电子课件
4
黑体,1?A
白体 （ 镜体 ）,1?R
透热体,1?D
A,R,D = f(物体性质、温度、表面、辐射波长 ）
灰体,指能以相同的吸收率吸收所有波长的辐射能的物体 。
固体、液体,D=0 R+A=1
气体,R=0 A+D=1
返回北京化工大学化工原理电子课件
5
4.5.2 物体的辐射能力物体在一定温度下,单位表面积,单位时间内所发射的 全部辐射能 （ 波长从 0到?）,W/m2。
物体的单色辐射能力：物体在一定温度下，发射 某种波长 的能力；以 E?表示,单位 W/m3。
辐射能与单色辐射能的关系：
dEE
0
1/
5
1
0
2?
Tce
c
E
普朗克定律返回北京化工大学化工原理电子课件
6
Km104 3 8 7.1
mW107 4 3.3
2
2
216
1
c
c其中式中?0──黑体辐射常数,=5.67× 10-8W/(m2,K4)；
C0──黑体辐射系数,=5.67W/(m2,K4)
斯蒂芬 -波尔茨曼定律一、黑体
4
0
4
0 00
)10 0( TCTdEE o
四次方定律表明，热辐射对温度特别敏感。
返回北京化工大学化工原理电子课件
7
二,实际物体物体的黑度：
0E
E<1
物体的黑度?：物体的种类、表面温度、表面状况、
波长。 是物体辐射能力接近黑体辐射能力的程度。
式中 C—— 灰体的辐射系数,C=5.669?W/(m2.K4)
44
00 1 0 01 0 0
TCTCEE
三、灰体返回北京化工大学化工原理电子课件
8
四、克希霍夫定律
T1 > T2
A1 A2=1
对灰体,
011 EAEQ
热交换达到平衡时 T1=T2,Q=0
011 EAE?
0
1
1 E
A
E?
任意物体,
0EA
E?
E1
E0
（ 1-A1） E0A
1E0
Ⅰ
灰体
Ⅱ
黑体克希霍夫定律返回北京化工大学化工原理电子课件
9
结论：
（ 1）任何物体的发射能力与吸收率的比值均相同，且等于同温度下绝对黑体的发射能力。
物体的发射能力越强，其吸收率越大。
（ 2） A=?
即同温度下，物体的吸收率与黑度在数值上相等。
（３）Ａ＜１，Ｅ＜Ｅ ０,即在任何温度下，
各种物体中以绝对黑体的 发射能力为最大。
返回北京化工大学化工原理电子课件
10
一、两无限大平行灰体壁面间的相互辐射
4.5.3 两固体间的相互辐射返回北京化工大学化工原理电子课件
11
'2'121 EEq
2121
2112
21 AAAA
EAEAq
设 T1 >T2
E1,E2——1,2面在温度 T1,T2下的发射能力；
E1’,E2’——1,2面发射的总能量。
'
122
'
2
'
211
'
1
)1(
)1(
EAEE
EAEE
两平面间单位面积的辐射热量：
返回北京化工大学化工原理电子课件
12
])
100
()
100
[(
1
11
4241
21
0
21
TTC
q?
02121
0
21 111
1
111
CCC
C
C
令：
将
22
11
42
022
41
011
)
100
(
)
100
(
A
A
T
CE
T
CE
代入：
—— 总发射系数返回北京化工大学化工原理电子课件
13
])100()100[( 4241211221 TTACQ
式中 A—— 平面的传热面积；
1-2—— 角系数 (物体 1发射辐射能被 2拦截分率 )。
两平面的面积有限时：
])1 00()1 00[( 42412121 TTACQ
返回北京化工大学化工原理电子课件
14
二、一物体被另一物体包围时的辐射
1
)
11
(
1
1
)1
1
(
1
22
1
122
1
1
21
O
o
CCA
A
CA
A
C
C
返回北京化工大学化工原理电子课件
15
讨论,1）很大的物体 2包住物体 1：
0121 CC
2）物体 2恰好包住物体 1：
111
21
0
21
C
C
3）情况 1和 2间的情况：
)11(1
22
1
1
0
21
A
A
C
C
A=A1
A=A1
A=A1
返回北京化工大学化工原理电子课件
16
三、影响辐射传热的因素
1,温度的影响
ＱT4,低温时可忽略，高温时可能成为主要方式
2,几何位置的影响
3,表面黑度的影响
Ｑ，可通过改变黑度的大小强化或减小辐射传热。
4,辐射表面间介质的影响减小辐射散热，在两换热面加遮热板（黑度较小的热屏）。
返回北京化工大学化工原理电子课件
17
4.5.4 高温 设备及管道的热损失对流散热,)( ttAQ
WWCC
辐射散热：
44
21 )1 0 0()1 0 0(
TTACQ W
WR?
令?=1
)()100()100( 4421 ttAtt ttTTACQ WWR
W
WW
WR
总热损失：
)()()( ttAttAQQQ WWTWWRCRC
式中?T—— 对流 -辐射联合传热系数,W/(m2.K)。
返回北京化工大学化工原理电子课件
18
(1)空气自然对流，当 tW<150?C时平壁保温层外
)(07.08.9 tt WT
)(0 52.04.9 tt WT
(2) 空气沿粗糙壁面强制对流空气速度 u<=5m/s时 u
T 2.42.6
78.08.7 uT
管道及圆筒壁保温层外空气速度 u>5m/s时
