2009-7-30
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
2009-7-30
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
2009-7-30
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
2009-7-30
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。
2009-7-30
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?
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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,
125
10
T
C
eCE
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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
dE0 00 E?
0
5
1
1
2
d
e
C
T
c
40T
4
0 100
TC
—— 斯蒂芬 ---波尔茨曼定律
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: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 。
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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
C?
0EE
4
0 100
TC?
6,克希霍夫定律
011 EAE? 0
1
1 E
A
E?
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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
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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
2221211 RRRR
211
1
RR
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2009-7-30
21
211
1 1' RR
EREE
同理,从壁面 2辐射和反射的能量之和 E2’
132211221222222122122 ' ERRERRERERRERREE
222121122221212 11 RRRRERRRRRE
21
122
1 RR
ERE
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'' 2121 EEq
21
222
21
211
11 RR
ERE
RR
ERE
4
4
0 1 0 0,,1
TCEARA
1
11
21
21
21
EE
q
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4
2
4
1
21
0
1 0 01 0 0111
TTC
4
2
4
1
2121 1 0 01 0 0
TT
Cq
1
11
21
0
21
C
C
021
111
1
CCC
C1-2—— 总发射系数
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∴ 在面积均为 A相距很小的平行面间的辐射传热速率为：
4
2
4
1
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：
4
2
4
1
2121 1 0 01 0 0
TT
ACQ?
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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 。
2009-7-30
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 4421Q
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
i
])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 。
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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,
44
21 1 0 01 0 0
TTAcQ w
wR?
∵ 设备向大气辐射传热,1
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44
21 1 0 01 0 0
TT
AcQ wwR
改成对流传热系数的形式
ttAQ wWRR
tt
TT
c
w
w
R
44
21
100100
—— 辐射传热系数
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总热损失量为：
RCT QQQttA 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
2009-7-30
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
2009-7-30
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
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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。
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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?
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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
eCE
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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
dE0 00 E?
0
5
1
1
2
d
e
C
T
c
40T
4
0 100
TC
—— 斯蒂芬 ---波尔茨曼定律
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: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 。
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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
C?
0EE
4
0 100
TC?
6,克希霍夫定律
011 EAE? 0
1
1 E
A
E?
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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
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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
2221211 RRRR
211
1
RR
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1 1' RR
EREE
同理,从壁面 2辐射和反射的能量之和 E2’
132211221222222122122 ' ERRERRERERRERREE
222121122221212 11 RRRRERRRRRE
21
122
1 RR
ERE
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'' 2121 EEq
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RR
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4
4
0 1 0 0,,1
TCEARA
1
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1 0 01 0 0111
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1
2121 1 0 01 0 0
TT
Cq
1
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0
21
C
C
021
111
1
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C1-2—— 总发射系数
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∴ 在面积均为 A相距很小的平行面间的辐射传热速率为：
4
2
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1
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：
4
2
4
1
2121 1 0 01 0 0
TT
ACQ?
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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 。
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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 4421Q
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
2009-7-30
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
2009-7-30
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
i
])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
2009-7-30
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 。
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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,
44
21 1 0 01 0 0
TTAcQ w
wR?
∵ 设备向大气辐射传热,1
2009-7-30
44
21 1 0 01 0 0
TT
AcQ wwR
改成对流传热系数的形式
ttAQ wWRR
tt
TT
c
w
w
R
44
21
100100
—— 辐射传热系数
2009-7-30
总热损失量为：
RCT QQQttA 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 。
