化工原理第四章第五节剖析.ppt

工业上常遇到以下几种情况的固体之间的相互辐射： 1、两平行物面之间的辐射，一般又可分为： 极大的两平行面的辐射； 面积有限的两相等平行面间的辐射； 2、一物体被另一物体包围时的辐射，一般可分为： 很大物体2包住物体1； 物体2恰好包住物体1； * 4.5.1 基本概念 4.5 热辐射 4.5.4 高温设备及管道的热损失 4.5.2 物体的辐射能力 4.5.3 两固体间的相互辐射 4.5.2 发射能力和辐射基本定律 任何物体，只要其绝对温度大于零度，都会不停地以电磁波的形式向外辐射能量；同时，又不断吸收来自外界其他物体的辐射能。 当物体向外界辐射的能量与其从外界吸收的辐射能不等时，该物体与外界就产生热量的传递，这种传热方式称为热辐射。 此外，辐射能可以在真空中传播，不需要任何物质作媒介，这是区别于热传导、对流的主要不同点。 辐射传热的规律也不同于对流传热和导热。 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) 不需要任何介质。 特点： 1) 能量传递的同时还伴随着能量形式的转换； 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。 电磁波的波长范围极广，从理论上说，固体可同时发射波长从0到?的各种电磁波。 但能被物体吸收而转变为热能的辐射能主要为可见光（0.38～0.76?m）和红外线（0.76～100?m）两部分。 热辐射和可见光的光辐射一样，当来自外界的辐射能投射到物体表面上，也会发生吸收、反射和穿透现象，服从光的反射和折射定律，在均一介质中作直线传播，在真空和大多数气体中可以完全透过，但热射线不能透过工业上常见的大多数固体和液体。 如图所示，假设外界投射到物体表面上的总能量Q，其中一部分进入表面后被物体吸收Qa，一部分被物体反射Qr ，其余部分穿透物体Qd 。 图4-24 辐射能的吸收、反射和透过 按能量守恒定律： 或 式中: ——反射率； ——穿透率。 4-134 4-133 ——吸收率； 吸收率、反射率和透过率的大小取决于物体的性质、温度、表面状况和辐射线的波长等，一般来说，表面粗糙的物体吸收率大。 对于固体和液体不允许热辐射透过，即 d = 0； 而气体对热辐射几乎无反射能力，即 r = 0； 黑体：能全部吸收辐射能的物体。即 a = 1； 黑体是一种理想化物体，实际物体只能或多或少地接近黑体，但没有绝对的黑体，如没有光泽的黑漆表面； 黑漆表面的吸收率为 a =0.96～ 0.98 引入黑体的概念是理论研究的需要。 白体：能全部反射辐射能的物体。即 r = 1 实际上白体也是不存在的，实际物体也只能或多或少地接近白体，如表面磨光的铜，其反射率为 r = 0.97 透热体：能透过全部辐射能的物体。即 d = 1 一般来说，单原子和由对称双原子构成的气体，如He、O2、N2和 H2 等，可视为透热体。 多原子气体和不对称的双原子气体则只能有选择地吸收和发射某些波段范围的辐射能。 灰体：指能够以相同的吸收率吸收所有波长的 辐射能的物体。 工业上遇到的多数物体，能部分吸收所有波长的辐射能，但吸收率相差不多，可近似视为灰体。 4.5.2 发射能力和辐射基本定律 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?） ，称为该物体在该温度下的发射能力，以E表示，单位W/m2。 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。 物体的单色辐射能力： 辐射能与单色辐射能的关系： 4--136 普朗克定律揭示了黑体的辐射能力按照波长的分配规律，即表示黑体的单色辐射能力Ebλ随波长和温度变化的函数关系。 4-136 4-135 ——普朗克定律 一、黑体的发射能力 斯蒂芬-波尔茨曼定律： 黑体的辐射能力与其表面的绝对温度的四次方成正比。 式中： Eb ──黑体的辐射能力，W/m2； 4-137 ?0──黑体辐射常数，其值为 5.67× 10-8W/(m2 .K4)； T──黑体表面的绝对温度，K。 为了方便，通常将上式表示为： 式中： C0──黑体辐射系数，其值为5.67W/(m2 . K4) 4-138 斯蒂芬-波尔茨曼定律表明黑体的辐射能力与其表面的绝对温度的四次方成正比，也称为四次方定律。 显然热辐射与对