2009-12-1
第四章
传热 一、基本概念和定律
二、两固体间的辐射传热
三、对流和辐射的联合传
热第六节辐射传热
2009-12-1
一、基本概念和定律
1,热辐射
热辐射, 物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射
辐射传热, 不同物体间相互辐射和吸收能量的综合过程
2,热射线
热射线, 可见光线和红外光线统称为热射线
?服从反射定律和折射定律
?能在均一介质中作直线传播
?在真空和大多数的气体 （ 惰性气体和对称的双原子气体 ） 中
热射线可以完全透过
2009-12-1
3,热辐射对物体的作用
QQQQ DRA ???
1??? QQQQQQ DRA
1??? DRA
A=QA/Q —— 物体的吸收率
R=QR/Q —— 物体的反射率
D=QD/Q —— 物体的透过率
2009-12-1
4,黑体, 镜体, 透热体和灰体
黑体 （ 绝对黑体 ）, 能全部吸收辐射能的物体, 即 A=1的物体
镜体 （ 绝对白体 ）, 能全部反射辐射能的物体, 即 R=1的物体
透热体, 能透过全部辐射能的物体, 即 D=1的物体
灰体, 能够以相等的吸收率吸收所有波长辐射能的物体
灰体的特点：
它的吸收率 A不随辐射线的波长而变 。
它不是透热体, 即 A+R=1,D=0。
2009-12-1
5,物体的发射能力 ---斯帝芬 -波尔茨曼定律
物体发射能力,物体在一定的温度下, 单位表面积, 单位
时间内所发射的全部波长的总能量 。 用 E
表示, 单位,W/m2。
单色辐射能力,单位表面积, 单位时间内的发射某一特定
波长的能力 。
??? d
dEE 00
0
lim ???
? 0
?E?
2009-12-1
??? ?0 00 ?? dEE
绝对黑体的单色发射能力 Eλ0随波长的变化的规律,
???
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? ?? ? 125
10
T
C
eCE ?? ?
2009-12-1
?当 λ=0时, 单色发射能力 Eλ0均等于零 ；
?波长增加时, 单色发射能力也随之增加, 达到一最高
值后, Eλ0又随 λ的增加而减小；
?λ=∞时, 又回到零 。
黑体的发射能力
?? dE ?? ?0 00 E ?
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—— 斯蒂芬 ---波尔茨曼定律
2009-12-1
:0? 黑体的发射常数或斯蒂芬 ---波尔茨曼常数
4280 /106 6 9.5 Kmw ??? ??
:0C 黑体的发射系数 KmwC ???? 2800 /6 6 9.510?
绝对黑体的发射能力和绝对温度的四次方成正比 。
灰体的发射能力 E,
4
100 ??
??
?
?? TCE
C,灰体的发射系数, 取决于物体性质, 表面情况和温度 。
2009-12-1
黑度 （ 发射率 ）, 同一温度下, 灰体的发射能力与黑体发
射能力的比值
0E
E??
0C
C?
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4
0 100 ??
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?? TC?
6,克希霍夫定律
011 EAE ? 0
1
1 E
A
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0
2
2
1
1 E
A
E
A
E
A
E ???? ?—— 克希霍夫定律
一切物体的发射能力与其吸收率得比值均相等, 且等于
同温度下的绝对黑体的发射能力, 其值只与温度有关 。
由
0EE ??
和
0EA
E ?
0E
EA ??? ?
?在同一温度下, 物体的吸收率和黑度在数值上相等 。
?ε表示灰体发射能力占黑体发射能力的分数
?A为外界投射来的辐射能被物体吸收的分数
2009-12-1
二、两固体间的相互辐射
1,两无限大平行灰体壁面之间的相互辐射
从壁面 1辐射和反射的能量之和 E1’
???????? 232212221221222112111 ' ERRERRERERRERREE ?
? ? ? ??? ???????? 222121222221211 11 RRRRERRRRRE
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211
1
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2009-12-1
2009-12-1
21
211
1 1' RR
EREE
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同理, 从壁面 2辐射和反射的能量之和 E2’
?? ???????? 132211221222222122122 ' ERRERRERERRERREE
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'' 2121 EEq ???
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C
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C1-2—— 总发射系数
2009-12-1
∴ 在面积均为 A相距很小的平行面间的辐射传热速率为：
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2
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2121 1 0 01 0 0
TTACQ
当两平行壁面间距离与表面积相比不是很小时, 辐射传热
速率应写为：
?
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2121 1 0 01 0 0
TT
ACQ ?
2009-12-1
C1-2,物体 1对物体 2的总发射系数, 取决于壁面的性质和
两个壁面的几何因素 。
例,车间内有一高和宽各为 3m的铸铁炉门, 其温度为
227℃, 室内温度为 27℃ 。 为了减少热损失, 在炉门前
50mm处设置一块尺寸和炉门相同的而黑度为 0.11的铝板,
试求放置铝板前, 后因辐射而损失的热量 。
φ,几何因子或角度系数, 表示从辐射面积 A所发射出的
能量为另一物体表面所拦截的分数 。 数值与两表面的形状
,大小, 相互位置以及距离有关 。
2009-12-1
解, (1)放置铝板前因辐射损失的热量
])
100
()
100
[( 42412121 TTSCQ ?? ?? ?
取铸铁的黑度为 78.0
1 ??
21 933 mSS ????
)/(423.478.067.5 421021 KmWCC ?????? ?
1??
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])100 27327()100 273227[(91423.4 4421 ???????? ?Q
W4101 6 6.2 ??
（ 2） 放置铝板后因辐射损失的热量
用下标 1,2和 i分别表示炉门, 房间和铝板 。 假定铝板的
温度为 TiK,则铝板向房间辐射的热量为：
])1 0 0)1 0 0[( 42422 TTSCQ iii ?? ?? ?
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式中,2933 mSS
i ????
)/(624.011.067.5 4202 KmWCC ii ?????? ?
1??
]81)1 0 0[(96 2 4.0 42 ???? ? ii TQ
炉门对铝板的辐射传热可视为两无限大平板之间的传热,
故放置铝板后因辐射损失的热量为：
])1 0 0()1 0 0[( 44111 iii TTSCQ ?? ?? ?
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式中,2
1 9 mSS ?? 1??
)/(605.0
1
11.0
1
78.0
1
1
1
11
42
1
0
1 KmW
C
C
i
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??
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])1 0 0(6 2 5[96 0 5.0 41 ii TQ ???? ?
当传热达到稳定时, 21 ?? ? ii QQ
]81)100[(9624.0])100(625[9605.0 44 ????? ii TT
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KT i 432?
WQ i 1510])
100
432(625[9605.0 4
1 ????? ?
放置铝板后因辐射的热损失减少百分率为：
%1002 1 6 6 01 5 1 02 1 6 6 0%100
21
121 ?????
?
??
Q
QQ i
%93?
结论,设置隔热挡板是减少辐射散热的有效方法, 而且挡板
材料的黑度愈低, 挡板的层数愈多, 则热损失愈少 。
2009-12-1
三、辐射、对流联合传热
设备的热损失等于对流传热和辐射传热之和 。
由于对流散失的热量,
? ?ttAQ wWcC ?? ?
由于辐射而散失的热量,
?
?
?
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44
21 1 0 01 0 0
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∵ 设备向大气辐射传热, 1??
2009-12-1
?
?
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44
21 1 0 01 0 0
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改成对流传热系数的形式
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tt
TT
c
w
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21
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?
—— 辐射传热系数
2009-12-1
总热损失量为：
RCT QQQ ?? ? ? ? ?ttA wWRC ??? ??
? ?ttA wWT ?? ?
RCT ??? ?? —— 对流辐射联合传热系数
对于有保温层的设备, 管道等, 外面对周围环境的对
流, 辐射联合传热系数可用近似公式估算 。
第四章
传热 一、基本概念和定律
二、两固体间的辐射传热
三、对流和辐射的联合传
热第六节辐射传热
2009-12-1
一、基本概念和定律
1,热辐射
热辐射, 物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射
辐射传热, 不同物体间相互辐射和吸收能量的综合过程
2,热射线
热射线, 可见光线和红外光线统称为热射线
?服从反射定律和折射定律
?能在均一介质中作直线传播
?在真空和大多数的气体 （ 惰性气体和对称的双原子气体 ） 中
热射线可以完全透过
2009-12-1
3,热辐射对物体的作用
QQQQ DRA ???
1??? QQQQQQ DRA
1??? DRA
A=QA/Q —— 物体的吸收率
R=QR/Q —— 物体的反射率
D=QD/Q —— 物体的透过率
2009-12-1
4,黑体, 镜体, 透热体和灰体
黑体 （ 绝对黑体 ）, 能全部吸收辐射能的物体, 即 A=1的物体
镜体 （ 绝对白体 ）, 能全部反射辐射能的物体, 即 R=1的物体
透热体, 能透过全部辐射能的物体, 即 D=1的物体
灰体, 能够以相等的吸收率吸收所有波长辐射能的物体
灰体的特点：
它的吸收率 A不随辐射线的波长而变 。
它不是透热体, 即 A+R=1,D=0。
2009-12-1
5,物体的发射能力 ---斯帝芬 -波尔茨曼定律
物体发射能力,物体在一定的温度下, 单位表面积, 单位
时间内所发射的全部波长的总能量 。 用 E
表示, 单位,W/m2。
单色辐射能力,单位表面积, 单位时间内的发射某一特定
波长的能力 。
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dEE 00
0
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??? ?0 00 ?? dEE
绝对黑体的单色发射能力 Eλ0随波长的变化的规律,
???
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10
T
C
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?当 λ=0时, 单色发射能力 Eλ0均等于零 ；
?波长增加时, 单色发射能力也随之增加, 达到一最高
值后, Eλ0又随 λ的增加而减小；
?λ=∞时, 又回到零 。
黑体的发射能力
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5
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—— 斯蒂芬 ---波尔茨曼定律
2009-12-1
:0? 黑体的发射常数或斯蒂芬 ---波尔茨曼常数
4280 /106 6 9.5 Kmw ??? ??
:0C 黑体的发射系数 KmwC ???? 2800 /6 6 9.510?
绝对黑体的发射能力和绝对温度的四次方成正比 。
灰体的发射能力 E,
4
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C,灰体的发射系数, 取决于物体性质, 表面情况和温度 。
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黑度 （ 发射率 ）, 同一温度下, 灰体的发射能力与黑体发
射能力的比值
0E
E??
0C
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6,克希霍夫定律
011 EAE ? 0
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0
2
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1
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一切物体的发射能力与其吸收率得比值均相等, 且等于
同温度下的绝对黑体的发射能力, 其值只与温度有关 。
由
0EE ??
和
0EA
E ?
0E
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?在同一温度下, 物体的吸收率和黑度在数值上相等 。
?ε表示灰体发射能力占黑体发射能力的分数
?A为外界投射来的辐射能被物体吸收的分数
2009-12-1
二、两固体间的相互辐射
1,两无限大平行灰体壁面之间的相互辐射
从壁面 1辐射和反射的能量之和 E1’
???????? 232212221221222112111 ' ERRERRERERRERREE ?
? ? ? ??? ???????? 222121222221211 11 RRRRERRRRRE
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21
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1 1' RR
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同理, 从壁面 2辐射和反射的能量之和 E2’
?? ???????? 132211221222222122122 ' ERRERRERERRERREE
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C1-2—— 总发射系数
2009-12-1
∴ 在面积均为 A相距很小的平行面间的辐射传热速率为：
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2121 1 0 01 0 0
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当两平行壁面间距离与表面积相比不是很小时, 辐射传热
速率应写为：
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TT
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C1-2,物体 1对物体 2的总发射系数, 取决于壁面的性质和
两个壁面的几何因素 。
例,车间内有一高和宽各为 3m的铸铁炉门, 其温度为
227℃, 室内温度为 27℃ 。 为了减少热损失, 在炉门前
50mm处设置一块尺寸和炉门相同的而黑度为 0.11的铝板,
试求放置铝板前, 后因辐射而损失的热量 。
φ,几何因子或角度系数, 表示从辐射面积 A所发射出的
能量为另一物体表面所拦截的分数 。 数值与两表面的形状
,大小, 相互位置以及距离有关 。
2009-12-1
解, (1)放置铝板前因辐射损失的热量
])
100
()
100
[( 42412121 TTSCQ ?? ?? ?
取铸铁的黑度为 78.0
1 ??
21 933 mSS ????
)/(423.478.067.5 421021 KmWCC ?????? ?
1??
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])100 27327()100 273227[(91423.4 4421 ???????? ?Q
W4101 6 6.2 ??
（ 2） 放置铝板后因辐射损失的热量
用下标 1,2和 i分别表示炉门, 房间和铝板 。 假定铝板的
温度为 TiK,则铝板向房间辐射的热量为：
])1 0 0)1 0 0[( 42422 TTSCQ iii ?? ?? ?
2009-12-1
式中,2933 mSS
i ????
)/(624.011.067.5 4202 KmWCC ii ?????? ?
1??
]81)1 0 0[(96 2 4.0 42 ???? ? ii TQ
炉门对铝板的辐射传热可视为两无限大平板之间的传热,
故放置铝板后因辐射损失的热量为：
])1 0 0()1 0 0[( 44111 iii TTSCQ ?? ?? ?
2009-12-1
式中,2
1 9 mSS ?? 1??
)/(605.0
1
11.0
1
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1
1
1
11
42
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当传热达到稳定时, 21 ?? ? ii QQ
]81)100[(9624.0])100(625[9605.0 44 ????? ii TT
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KT i 432?
WQ i 1510])
100
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放置铝板后因辐射的热损失减少百分率为：
%1002 1 6 6 01 5 1 02 1 6 6 0%100
21
121 ?????
?
??
Q
QQ i
%93?
结论,设置隔热挡板是减少辐射散热的有效方法, 而且挡板
材料的黑度愈低, 挡板的层数愈多, 则热损失愈少 。
2009-12-1
三、辐射、对流联合传热
设备的热损失等于对流传热和辐射传热之和 。
由于对流散失的热量,
? ?ttAQ wWcC ?? ?
由于辐射而散失的热量,
?
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改成对流传热系数的形式
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—— 辐射传热系数
2009-12-1
总热损失量为：
RCT QQQ ?? ? ? ? ?ttA wWRC ??? ??
? ?ttA wWT ?? ?
RCT ??? ?? —— 对流辐射联合传热系数
对于有保温层的设备, 管道等, 外面对周围环境的对
流, 辐射联合传热系数可用近似公式估算 。
