82物体间的辐射换热计算.PPT

热工学基础 第二部分 单元8 辐射换热 单元8 辐射换热 单元8 辐射换热 【知识点】 热辐射的基本定律，辐射换热。 【能力目标】 掌握：热辐射、黑体、黑度等基本概念。 理解：辐射换热的过程、原理及其特征。 熟悉：工程实践中常见的热辐射计算原理与方法。 应用：能应用相关概念和公式进行辐射换热的分析和计算。 8.1 热辐射的概念和基本定律 热辐射的概念 由于物体内部微观粒子的热运动（或者说由于物体自身的温度）而使物体向外发射辐射能的现象称之为热辐射。辐射换热在热能动力工程、核能工程、冶金、化工、航天、太阳能利用、干燥技术以及日常生活中的加热、供暖等方面具有非常广泛的应用。 8.1 热辐射的概念和基本定律 热辐射在本质上是一种电磁波。当物质微观粒子的运动状态发生改变时，如电子从高能位轨道向低能位轨道迁移，就会向外发射能量，这是物质的一种固有属性。物质内部分子和原子总是处于不停的运动中，分子的热运动和原子的振动，引起了电子运动轨道的变化，于是引起周围电场的变化，电磁感应使电场的每一变化又引起磁场的变化，这种电磁场的交替变化就形成了电磁波并向外发射，电磁波运载的能量称为辐射能，由于温度原因使物体向外发射辐射能的过程就是热辐射。 不同波长的电磁波投射到物体上，产生的效应大不相同。根据不同的效应，可将电磁波分成各种射线区，如图8.1所示。通常把波长在0.1～100 μm之间的电磁波（包括可见光、部分紫外线和红外线）称为热射线。 8.1 热辐射的概念和基本定律 因为这段波长范围内的电磁波辐射到物体上能产生较为显著的热效应，即辐射能可以全部地或部分地转变成热量，并被物体吸收。在工程实际中所遇到的温度范围内，大部分的热射线波长位于红外线区段的0.76～20 μm范围内。对于太阳辐射才考虑波长位于0.10～0.20 μm范围内的热辐射。因此，除了太阳能利用装置外，一般可将热辐射看成红外线辐射。 8.1 热辐射的概念和基本定律 热辐射的特点 因为热辐射是物体由于温度原因而向外发射的电磁波，所以其具有自身的特点： （1）热辐射与导热和热对流不同，热辐射不需要冷、热物体直接接触，也不需要中间介质来传递热量，可以在真空中进行热量传播。 （2）热辐射过程中不仅有能量的转移，而且还伴随着能量的转换，即发射时由热能转变为辐射能，吸收时又由辐射能转换为热能。 （3）导热和对流换热是热量传递的单向过程，而热辐射是发射和接收同时进行的双向过程。 8.1 热辐射的概念和基本定律 （4）任何物体的温度只要高于0 K，都可以不停地向外发射电磁波。 当两物体温度不同时，低温物体辐射给高温物体的能量小于高温物体辐射给低温物体的能量，其总效果是高温物体将能量传给了低温物体。当两物体温度相同时，它们之间不存在导热和热对流现象，却存在热辐射现象，只不过每个物体辐射出去的能量等于它吸收的能量，处于热平衡状态。 8.1 热辐射的概念和基本定律 8.1 热辐射的概念和基本定律 8.1 热辐射的概念和基本定律 8.1 热辐射的概念和基本定律 8.1 热辐射的概念和基本定律 8.1 热辐射的概念和基本定律 8.1 热辐射的概念和基本定律 8.1 热辐射的概念和基本定律 8.1 热辐射的概念和基本定律 8.1 热辐射的概念和基本定律 8.1 热辐射的概念和基本定律 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律揭示了实际物体在热平衡状态下辐射力与吸收率之间的关系。如图8.3所示，设有两个距离很近的平行大平壁，一个为黑体，另一个为灰体，由于两个平行平壁相距很近，所以从一个平壁发射的辐射能全部落到另一个平壁上。 8.1 热辐射的概念和基本定律 8.1 热辐射的概念和基本定律 8.1 热辐射的概念和基本定律 8.1 热辐射的概念和基本定律 8.1 热辐射的概念和基本定律 8.1 热辐射的概念和基本定律 随着能源的供需矛盾和气候变暖问题日益加剧，太阳能技术近年来得到长足发展。最简单的集热器就是一根特殊的玻璃管（如图8.4(a)）。在长约1 m的玻璃管外壳里面装一个涂了黑色涂料的吸收管,将管壳和吸收管之间抽成真空后密封。使用时,吸收管中灌入凉水并塞上塞子,将玻璃管放在阳光下照射。阳光通过玻璃外壳照射在黑色吸收管上,由于黑色能吸收全部波长的阳光,转换成热能后直接传递给管中的水,水吸收后温度升高。又由于吸热管与玻璃外壳之间是真空,抑制了热传递中对流的发生,热量传不出去,吸热管中没有热量损失。太阳光不断地照射,吸热管不断地将光能转换为热能传递给管中的水。水中热能不断积累,温度就不断升高,最终管中的水会被“烧”开了。这种玻璃管就叫太阳能集热管。 8.1 热辐射的概念和基本定律 当然，现代的太阳能集热器要比上述的太阳能集热管结构复杂一些。最常见的太阳能集热