热量传输之热辐射分析报告.ppt

第六章 辐射换热 3.1 热辐射的基本概念 电 磁 辐 射 波 谱 3.4 角系数的定义、性质及计算 对于两个互相平行的黑体表面： 由上式可以看出，为了增强辐射热交换，显然要提高辐射物体的温度和增加系统黑度，相反，为了减少辐射换热，就必须降低辐射物体的温度或减小黑度。如果温度不能变化，可以采用遮热板来减少辐射换热。 因为ε1=ε2=εc，所以 ，当体系达到稳定状态， 比较式（1）和公式（6）可得 例题：两个相互平行且相距很近的无限大平壁，已知t1=500℃，t2=200℃，其黑度为ε1=ε2=0.5，求（1）两表面之间的热流密度，（2）当两表面之间放置一黑度为ε3=0.5的隔热屏时，两表面之间的热流密度又是多少？（黑体辐射系数C0=5.675w/m2·k4） 例题： 钢管长度为3m，直径为70㎜，管壁温度为T1=500K，将其放置于截面为0.3×0.3m2的砖槽内，槽内温度T2=300K。 求：该钢管的辐射热损失。 解：设钢管壁面为1面，砖壁为2面 则钢管与砖壁之间的辐射换热量为 2) 气体的辐射和吸收是在整个容积中进行的。这是由于辐射可以进入气体，并在其内部进行传递，最后有一部分会穿透气体而到达外部或固体壁面，因而，气体的发射率和吸收比还与容器的形状和容积大小有关。 定义：不仅有气体的辐射，还有固体微粒辐射的可见光，出现了明亮火焰，称之为火焰辐射。 如：将煤气或重油直接喷入窑内燃烧。 火焰辐射黑度 如果已知火焰黑度，则火焰辐射可按下式计算： 定义系统黑度(或称为系统发射率) 与黑体辐射换热比较，灰体辐射多了一个 ，它是考虑由于灰体系统多次吸收与反射对换热量影响的因子。 则灰体表面辐射换热量： ①表面1为凸面或平面，此时， 1,2＝1，于是 ②表面积A1比表面积A2小得多，即A1/A2 ? 0 于是 ③表面积A1与表面积A2相当，即A1/A2 ? 1 于是 上式在某些情况下可以简化： 有遮热板存在时的辐射热交换 ----灰体表面辐射换热量 设有两个平行平面，在它们中间装设一薄片遮热板，如图所示。该二平面和遮热板的温度分别为T1、T2和Tc，且T1T2，遮热板和两平面的黑度假定相同ε1=ε2=εc。 在没有遮热板时，两表面所交换的热量为： 有了遮热板之后，从第一个表面传到遮热板的热量为 从遮热板到第二个表面所传递的热量为 C0---黑体的辐射系数。其值为5.67w/m2k4 即: 整理得 把式（5）代入式（2）或式（3）得 该式表明，装上一块薄遮热板的结果，使传热量减少一半。同样可以证明，装上n块遮热板，传热量可以减少到原有传热量的1/（n+1）,即 所以 3.6 气体辐射 气体辐射的特点 1) 气体辐射对波长具有选择性。它只在某谱带内具有发射和吸收辐射的本领，而对于其他谱带则呈现透明状态。如图所示。 CO2 和H2O的主要吸收谱带 εc与粒子浓度、粒子大小和有效平均射线长度（火焰厚度）有关。 火焰辐射 * * 3 辐射换热 (1) 热辐射特点 1) 定义：由热运动产生的，以电磁波形式传递的能量； 2) 特点：a 任何物体，只要温度高于0 K，就会不停地向周围空间发出热辐射；b 可以在真空中传播；c 伴随能量形式的转变；d 具有强烈的方向性；e 辐射能与温度和波长均有关；f 发射辐射取决于温度的4次方。 (2) 电磁波谱 电磁辐射包含了多种形式，如图所示，而我们所感兴趣的，即工业上有实际意义的热辐射区域一般为0.1~100μm。 电磁波的传播速度： c = fλ 式中：f — 频率，s-1; λ— 波长，μm 当热辐射投射到物体表面上时，一般会发生三种现象，即吸收、反射和穿透，如图所示。 (3) 物体对热辐射的吸收、反射和穿透 物体对热辐射的吸收、反射和穿透 对于大多数的固体和液体： 对于不含颗粒的气体： 对于黑体： 镜体或白体： 透明体： 反射又分镜面反射和漫反射两种： 镜面反射 漫反射 (1)黑体概念 黑体：是指能吸收投入到其表面 上的所有热辐射能的物体，是 一种科学假想的物体，现实生 活中是不存在的。但却可以人 工制造出近似的人工黑体。 图3-5 黑体模型 3.2 黑体辐射的基本定律 1.辐射力E：单位时间内，物体的单位表面积向半球空间发射的所有波长的能量的总和。 (W/m2)； 2.单色辐射力Eλ：单位时间内，单位波长范围内(包含某一给定波长)，物体的单位表面积向半球空间发射的能量。 (W/m2·μm)； (2)热辐射能量的表示方法 E、Eλ关系: 显然， E和Eλ之间具有如下关系： 黑体一般采用下标