8-4 辐射换热的强化与削弱
强化与消弱原因,工程上需要。
)11(
A
A1
)EE(A
22
1
1
2b1b1
2,1
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?? (8-15)
)EE(XA 2b1b2,11s2,1 ????
强化辐射换热的具体措施,增加换热 表面发射率 以及增加 角系
数 的方法。
注意事项,采用改变表面发射率的方法时应首先增加对换热影
响最大的那一个表面的发射率。以图 8-18a为例，其换热量的计
算式为
强化与消弱依据,
图 8-18a
增加内包物体的发射率 比增加空腔表
面发射率 更加有效。
1?
2?
消弱辐射换热的具体措施为：
1、减小表面发射率； 2、在两辐射表面之间安插遮热板的方法。
如人造地球卫星迎阳面 (直接受到阳光照射的表面 )与背阳面表
面采用吸收比小的材料作表面涂料；置于室外的发热设备 (如
变压器 )表面的处理，都可以消弱辐射换热的目的。
所谓 遮热板,是指插入两个辐射换热
表面之间的薄板,目的是削弱辐射换热。具
体效果根据图 8-30所示，经过数学分析得
出。假设平板和金属薄板都是灰体，并且
??????? 321
据式 (8-16)可写出
)EE(q 3b1bs3,1 ??? (a)
)EE(q 2b3bs2,3 ??? (b)
在热稳态条件下,。将式 (a)和 (b)相加得
2,12,33,1 qqq ??
)EE(21q 2b1bs3,1 ???
(8-21)
说明,为使削弱辐射换热的效果更为显著，实际上都采用发
射率低的金属薄板作为遮热板。例如，在发射率为 0.8的两个
平行表面之间插入一块发射率为 0.05的遮热板，可使辐射热
量减小到原来的 1/27。当一块遮热板达不到削弱换热的要求
时，可以采用多层遮热板。
根据假设推断：表面 1,3及表面 3,2两个系统的系统发射
率相同，都是
1
11
1
s
?
?
?
?
??
遮热板在工程技术上应用如：
(1)汽轮机中用于减少内、外套管间辐射换热。如图 8-31所示。
(2)遮热板应用于储存液态气体的低温容器。如图 8-32中。
(3)遮热板用于超级隔热油管。如图 8-33所示。
(4)遮热板用于提高温度测量的准确度。如图 8-34所示。
8-5 气 体 辐 射
在工业上常见的温度范围内，吸收性气体包括结构不对称
的以及三原子和多原子气体，其它结构对称的气体无发射与吸收
辐射能的能力，为透明体。特别重要的气体为：水和二氧化碳气
体。
气体辐射不同于固体和液体辐射，它们具有如下两个特点。
1、气体辐射对波长有选择性
把在一定波长区段内具有吸收辐射能和发射辐射能的波长区
段称为 光带 。在光带以外，气体既不辐射亦不吸收，对热辐射呈
现透明体的性质。
二氧化碳的主要光带有三段,
水蒸气的主要光带也有三段,
图 8-35示意性地表出了二氧化碳和水蒸气的主要光带。最
m1 7, 0~1 3, 0m4, 4 5~4, 1 5m80.2~65.2 ???,、
m30~1 2, 0m7, 6~5, 6m84.2~55.2 ???,、
大特点是两者光带有两处是重叠的。 气体不是灰体。
原因,由于辐射对波长具有选择性的特点。
辐射能通过吸收性气体层时削弱的程度
取决于辐射强度及途中所碰到的气体分子数
目。气体分子数目则和射线行程长度及气体
密度 有关 。
参看图 8-36，波长为 的光谱辐射强度
的削弱与其它参量的关系为：
2、气体的辐射和吸收是在整个容积中进行的
气体的辐射和吸收是在整个容积中进行的，与气体的形状
和容积有关。下图所示。
?
?
为光谱减弱系数，它取决于气体的种类、密度和波长。
当气体的温度和压力为常数时,不变，对上式积分可得
dxLdL x,x,??? ???
??
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s
0,
s,
s
0
L
L
x,
x,
e
L
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dx
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s0,s,eLL ????? ?
(8-25)
式 (8-25)称为 贝尔定律,表明光谱辐射强度在吸收性气体
中传播时按指数规律衰减。
0,s,L/L ?? )s,(??
正是厚度为 s的气体层的单色穿透比,所以
se)s,( ??????
(8-26)
对于气体，反射比,而得0?? 1)s,()s,( ??????
于是可得气体层吸收比
se1)s,( ???????
(8-27)
将基尔霍夫定律应用于光谱辐射，得,)()( ?????
则气体层的光谱发射率为
se1)s,( ??????? (8-28)
气体发射率取决于气体的 种类，不同气体的发射率不同。
对于同一种气体，它的发射率又受哪些因素支配呢?下面我们
来分析这个问题。
由图 8-37可知，从不同方向辐射到 A或 B处的射线长度是
各不相同的。只有如图 8-38所示的半球气体容积对球心 dA的辐
射，各个方向上的射线程长都是一样的，即半径 R，该半球为
当量半球。（辐射）
当量半球,是指半球内的气体具有与所研究的情况相同的温度、
压力和成分时，该半球内气体对球心的辐射力，等于所研究情
况下气体对指定地区的辐射力。
其他气体形状的处理方法，实用上正是采用这种当量半球
半径作为平均射线程长的方案。在缺少资料的情况下，任意几
何形状气体对整个包壁辐射的平均射线程长可按下式计算,
A
V6.3s ? (8-29)
表 8-1中列出了几种典型几何容积的气体对
整个包壁或对某一指定地区的平均射线长度。
使用表 8-1时应注意,平均射线程长的数值取决于所讨论容器
的几何形状与大小；对同一几何形状，平均射线程长还与被
辐射的表面在容器壁面上的位置有关。
气体发射率可以写成下面隐式的形式：
)ps,T(f gg ?? (8-30)
用实验测定的气体发射率通常按式 (8-30)的关系表示成图
线形式。图 8-39是水蒸气发射率的图线。
pa10p 5?
注意,此表是在气体总压力
为 下绘制的，如果
总压力不等于此值，需要进
行修正。
、
总压力 以及 的单独影响的修正系数 由图
8-40确定。于是水蒸气的发射率为：
pa10p 5? OH2p OH2C
* OHOHOH
222 C ???
同样，二氧化碳的 和 分
*
CO2? 2
COC
别示出于图 8-41,8-42。二氧化碳
的发射率
2CO?
为
*COCOCO
222 C ???
当气体中同时存在水蒸气和二氧化
碳两种成分时，气体发射率由下式
计算：
????
????
*
COCO
*
OHOHg
22
22
C
C
(8-31)
??
式中 修正量由图 8-43确定，它是由于水蒸气和二氧化碳光
带部分重叠而引入的修正量。
注意,气体吸收比 不等于发射率 。
g?
g?
水蒸气和二氧化碳共存的混合气体对黑体外壳辐射的吸收
比可表示为
???????? *COCO* OHOHg 2222 CC (8-32)
原因,因为气体辐射有选择性，不能把它作为灰体，而且在气
体与外壳有换热的情况下，也不处于热平衡状态。
其中，修正系数 和 与式 (8-31)中的相同，而,
OH2C 2COC * OH
2?
*CO
2?
和 的确定可采用下列经验处理方案：??
45.0
W
g
)T/T(sp,T
*
OHOH
* )
T
T
(][
gwO2Hw22
???
(8-33a)
65.0
W
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*
COCO
* )
T
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(][
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??? (8-33b)
wT][ ?????
(8-33c)
wT
为气体外壳的壁面温度，方括号的下角码是指确定方括号
内的量时所用的参量。
在气体发射率和吸收比确定之后，气体与黑体外壳之间
的辐射换热按照下式计算
])100T()100T([67.5EEq 4wg4ggw,bgg,bg ????????
(8-34)
强化与消弱原因,工程上需要。
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强化辐射换热的具体措施,增加换热 表面发射率 以及增加 角系
数 的方法。
注意事项,采用改变表面发射率的方法时应首先增加对换热影
响最大的那一个表面的发射率。以图 8-18a为例，其换热量的计
算式为
强化与消弱依据,
图 8-18a
增加内包物体的发射率 比增加空腔表
面发射率 更加有效。
1?
2?
消弱辐射换热的具体措施为：
1、减小表面发射率； 2、在两辐射表面之间安插遮热板的方法。
如人造地球卫星迎阳面 (直接受到阳光照射的表面 )与背阳面表
面采用吸收比小的材料作表面涂料；置于室外的发热设备 (如
变压器 )表面的处理，都可以消弱辐射换热的目的。
所谓 遮热板,是指插入两个辐射换热
表面之间的薄板,目的是削弱辐射换热。具
体效果根据图 8-30所示，经过数学分析得
出。假设平板和金属薄板都是灰体，并且
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据式 (8-16)可写出
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在热稳态条件下,。将式 (a)和 (b)相加得
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说明,为使削弱辐射换热的效果更为显著，实际上都采用发
射率低的金属薄板作为遮热板。例如，在发射率为 0.8的两个
平行表面之间插入一块发射率为 0.05的遮热板，可使辐射热
量减小到原来的 1/27。当一块遮热板达不到削弱换热的要求
时，可以采用多层遮热板。
根据假设推断：表面 1,3及表面 3,2两个系统的系统发射
率相同，都是
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(1)汽轮机中用于减少内、外套管间辐射换热。如图 8-31所示。
(2)遮热板应用于储存液态气体的低温容器。如图 8-32中。
(3)遮热板用于超级隔热油管。如图 8-33所示。
(4)遮热板用于提高温度测量的准确度。如图 8-34所示。
8-5 气 体 辐 射
在工业上常见的温度范围内，吸收性气体包括结构不对称
的以及三原子和多原子气体，其它结构对称的气体无发射与吸收
辐射能的能力，为透明体。特别重要的气体为：水和二氧化碳气
体。
气体辐射不同于固体和液体辐射，它们具有如下两个特点。
1、气体辐射对波长有选择性
把在一定波长区段内具有吸收辐射能和发射辐射能的波长区
段称为 光带 。在光带以外，气体既不辐射亦不吸收，对热辐射呈
现透明体的性质。
二氧化碳的主要光带有三段,
水蒸气的主要光带也有三段,
图 8-35示意性地表出了二氧化碳和水蒸气的主要光带。最
m1 7, 0~1 3, 0m4, 4 5~4, 1 5m80.2~65.2 ???,、
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大特点是两者光带有两处是重叠的。 气体不是灰体。
原因,由于辐射对波长具有选择性的特点。
辐射能通过吸收性气体层时削弱的程度
取决于辐射强度及途中所碰到的气体分子数
目。气体分子数目则和射线行程长度及气体
密度 有关 。
参看图 8-36，波长为 的光谱辐射强度
的削弱与其它参量的关系为：
2、气体的辐射和吸收是在整个容积中进行的
气体的辐射和吸收是在整个容积中进行的，与气体的形状
和容积有关。下图所示。
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式 (8-25)称为 贝尔定律,表明光谱辐射强度在吸收性气体
中传播时按指数规律衰减。
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正是厚度为 s的气体层的单色穿透比,所以
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对于气体，反射比,而得0?? 1)s,()s,( ??????
于是可得气体层吸收比
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将基尔霍夫定律应用于光谱辐射，得,)()( ?????
则气体层的光谱发射率为
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气体发射率取决于气体的 种类，不同气体的发射率不同。
对于同一种气体，它的发射率又受哪些因素支配呢?下面我们
来分析这个问题。
由图 8-37可知，从不同方向辐射到 A或 B处的射线长度是
各不相同的。只有如图 8-38所示的半球气体容积对球心 dA的辐
射，各个方向上的射线程长都是一样的，即半径 R，该半球为
当量半球。（辐射）
当量半球,是指半球内的气体具有与所研究的情况相同的温度、
压力和成分时，该半球内气体对球心的辐射力，等于所研究情
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其他气体形状的处理方法，实用上正是采用这种当量半球
半径作为平均射线程长的方案。在缺少资料的情况下，任意几
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V6.3s ? (8-29)
表 8-1中列出了几种典型几何容积的气体对
整个包壁或对某一指定地区的平均射线长度。
使用表 8-1时应注意,平均射线程长的数值取决于所讨论容器
的几何形状与大小；对同一几何形状，平均射线程长还与被
辐射的表面在容器壁面上的位置有关。
气体发射率可以写成下面隐式的形式：
)ps,T(f gg ?? (8-30)
用实验测定的气体发射率通常按式 (8-30)的关系表示成图
线形式。图 8-39是水蒸气发射率的图线。
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注意,此表是在气体总压力
为 下绘制的，如果
总压力不等于此值，需要进
行修正。
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总压力 以及 的单独影响的修正系数 由图
8-40确定。于是水蒸气的发射率为：
pa10p 5? OH2p OH2C
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同样，二氧化碳的 和 分
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碳两种成分时，气体发射率由下式
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式中 修正量由图 8-43确定，它是由于水蒸气和二氧化碳光
带部分重叠而引入的修正量。
注意,气体吸收比 不等于发射率 。
g?
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水蒸气和二氧化碳共存的混合气体对黑体外壳辐射的吸收
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???????? *COCO* OHOHg 2222 CC (8-32)
原因,因为气体辐射有选择性，不能把它作为灰体，而且在气
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为气体外壳的壁面温度，方括号的下角码是指确定方括号
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在气体发射率和吸收比确定之后，气体与黑体外壳之间
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