建筑设备-02-2.2传热学重点分析.ppt

1、定义：物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射 辐射与吸收： 自然界中各个物体都在不停地向空间发出热辐射 同时又不断地吸收其他物体发出的热辐射 2.2.4 热辐射 2、辐射换热的特点： 可以在真空这传递 传热过程伴随着能量形式的转换 辐射能力与温度有关 物体的辐射能力与温度有关,同一温度下不同物体的辐射与吸收本领也大不一样。 实际物体辐射热流量的计算可以采用斯忒藩-玻耳兹曼定律（四次方定律）的经验修正形式 Φ是物体自身向外辐射的热流量,而不是辐射换热量 由于自身温度或热运动的 原因面激发产生的电磁波传播，就称热辐射。显然，热辐射是电磁波，电磁波的波长范围可从几万分之一微米到数千米，它们的名称和分类如图所示。通常把λ＝ 0.1—100μm范围的电磁波称热射线，其中包括可见光线、部分紫外线和红外线具有波动和量子特性。 凡波长在0.38~0.76μm 范围的电磁波属于可见光线; 波长小于0.38 μ m 的电磁波是紫外线、伦琴射线等; λ介于0.76~1000 μ m 范围的电磁波称为红外线,红外线又分为近红外与远红外,大体上波长在25 μ m 以下的红外线称为近红外线,25 μ m 以上的称为远红外线。目前广泛使用的远红外加热技术就是利用远红外元件发射出的以远红外线为主的电磁波对物料进行加热,如微波炉利用的就是远红外线可以穿过塑料、玻璃及陶瓷制品,但却会被像水那样具有极性分子的物体吸收,在物体内部产生内热源,从而使物体比较均匀地得到加热的性质。 波长λ大于1000 μ m 的电磁波是无线电波。 工程上所遇到的温度范围一般在2000K以下,热辐射的大部分能量位于红外线区段的0.76~20μ m 范围内,在可见区段内热辐射能量所占的比重不大。显然,当热辐射的波长大于0.76μ m 时,人的眼睛将看不见。太阳辐射的主要能量集中在0.2~2 μ m 的波长范围内,其中可见光区段占有很大比重。 热辐射的本质决定了热辐射过程的三个特点： ⑴辐射换热与导热、对流换热不同、它不依赖物体的接触而进行热量传递，而导热和对流换热都必须由冷、热物体直接接触或通过中间介质相接触才能进行。 ⑵辐射换热过程伴随着能量形式的两次转化，即物体的部分内能转化为电磁波能发射出去，当此波能射及另一物体表面而被吸收时，电磁波能又转化为内能。 ⑶ 一切物体只要其温度T＞ 0K，都会不断地发射热射线。当物体间有温差时，高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物体辐射给高温物体的能量，因此总的结果是高温物体把能量传给低温 物体。即使各个物体的温度相同，辐射换热仍在不断进行，只是每一物体辐射出去的能量，等于吸收的能量，从而处于动平衡的状态。 物体的热辐射特性-吸收、反射和透射 当热辐射的能量投射到物体表面上时,和可见光一样,也发生吸收、反射和穿透现象。 其中反射存在漫反射和镜反射两种情况。 在物体表面对射线的吸收、反射和透射的过程中，能量平衡关系为： 由此可定义吸收率、反射率和透射率： 物体吸收率： ；物体反射率： ；物体透射率 为研究辐射特性可提出以下理想辐射模型： 黑体：α=1 ρ=0 τ=0； 白体：α=0 ρ=1 τ =0； 透明体：α=0 ρ=0 τ =1 实际中，当辐射能进入固体或液体表面后,在一个极短的距离内就被吸收完了。对于金属导体,这一距离只有1μm 的数量级;对于大多数非导电体材料,这一距离亦小于1mm。实用工程材料的厚度一般都大于这个数值,因此可以认为固体和液体不允许热辐射穿透,即τ=0。 辐射能投射到气体上时发生的情况与投射到固体或液体上不同。气体对辐射能几乎没 有反射能力,可以认为反射比ρ=0 辐射强度：是物体给定辐射方向上，物体在与发射方向垂直的方向上的单位投影面积，在单位时间和单位立体角内所发射全波长的能量，符号为I，单位为W/(m2Sr) 辐射力：发射物体每单位表面积在单位时间内向半球空间所发射的全波长能量，称为辐射力，符号为E，单位为W/m2。 光谱辐射力：发射物体每单位表面积在单位时间内向半球空间所发射的在λ的单位波长范围里的辐射能量，称为辐射力，符号为E，单位为W/m2。 黑体辐射的基本定律： 普朗克定律 斯忒藩-玻耳兹曼定律 兰贝特定律 2.2.5传热过程和传热系数 综述： 导热、对流和热辐射三种热量传递的基本方式， 在实际问题中，这些方式往往不是单独出现的. (一)、传热过程 热量由壁面一侧流体通过壁面传到另一侧流体中去的过程 传热过程计算公式的推导： 从热流体到壁面高温侧的热量传递 从表面高温侧到表面低温侧的热量传递 从表面低温侧到冷流体的热量传递