第4章 辐射换热-1.ppt

第七章 热辐射基本定律及物体的辐射特性 §6-4 角系数 热工学 第六节 辐射换热 （Radiation Heat Transfer） 1. 定义 §6-1 热辐射的基本概念 一 热辐射 热辐射－thermal radiation 辐射换热－radiation heat transfer 物体由于热的原因（温度高于 0 K）而发射电磁波的现象。 物体之间通过热辐射交换热量的过程。 当系统达到热平衡时，辐射换热量为零，但热辐射仍然不断进行。 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； 可以在真空中传播； 伴随能量形式的转变； 具有强烈的方向性； 辐射能与温度和波长均有关 2. 特点 1 ? f ＝C 二 热辐射具有电磁波的共性 2 电磁波谱 理论上覆盖整个电磁波谱； 对于太阳辐射（约5800K）：0.2?2?m； 可见光0.38?0.76?m 红外线0.76?25?1000?m 一般工业范围内（2000K以下）： 0.38?100?m 0.76?20?m 远红外加热技术 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7-2所示。 3 物体对热辐射的吸收、反射和穿透 图 物体对热辐射的吸收、反射和穿透 absorptivity reflectivity transmissivity 对于大多数的固体和液体 透明体 对于不含颗粒的气体 对于黑体 镜体或白体 只涉及表面 整个气体容积 假想的 4 反射同样具有镜反射和漫反射的分别 镜反射 漫反射 1 为什么？ 三 黑体模型 2 黑体模型 可以全部吸收透射到其表面上的所有波长的辐射能； 现实世界中并不存在严格意义上的黑体； 实验室模型 带有小孔的温度均匀的空腔 小孔的孔径越小，?越大； 温度均匀是为了保 证辐射均匀且各向 同性。 黑体模型 1 投入辐射 G 四 实际物体的吸收特性 2 吸收比 ? 单位时间内从外界投射到表面单位表面积上的总辐射能 物体对投入辐射所吸收的百分数，通常用?表示，即 不仅取决于物体自身 还取决于投入辐射的特性 复杂！！！ 3 光谱吸收比 ?? 物体对某一特定波长的辐射能所吸收的百分数 单色吸收比 实际物体的选择性吸收的特性 根据前面的定义可知，物体的吸收比除与自身表面性质和温度有关外，还与投入辐射按波长的能量分布有关。设下标1、2分别代表所研究的物体和产生投入辐射的物体，则物体1的吸收比为 ＝ f ( T1，T2，表面1的性质，表面2的性质 ) 投入的总能量 吸收的总能量 ?1＝ 如果投入辐射来自黑体，则上式可变为 ?1＝ f ( T1，T2，表面1的性质) 物体的选择性吸收特性 太阳能集热器 太阳镜、防晒霜等 农业生产 多彩的世界 给工程中辐射换热的计算带来很大麻烦 一般有两种处理方法 （1）灰体法 （2）谱带模型法 4 灰体 定义：物体的光谱吸收比与波长无关 好处：对外界一视同仁 理想模型 在一般工业温度水平，大多数工程材料均可看成灰体 五 实际物体的辐射特性 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总和。 单位：W/m2 从总体上表征了物体辐射能力的大小。 1 辐射力E emissive power 2 发射率 （emissivity） 一般通过实验测定 只取决于物体本身，与外界无关 3 计算式 4 说明 并不严格遵从四次方定律 怎么办？ 认为E∝T4 由此引起的修正归入用实验方法确定的? 中 因此? 还与物体本身的温度有关 一 Stefan-Boltzmann’s Law §6-2 热辐射定律 ?－Stefan-Boltzmann常数 5.67?10-8 W/(m2·K4) C0－黑体辐射系数 5.67 W/(m2·K4) 1859年，Kirchhoff （德国物理学家，当时25岁）提出了Kirchhoff 定律。 二 基尔霍夫（Kirchhoff）定律 1 实际物体的吸收比与发射率之间的关系 黑体：?＝1，?＝1→?≡? 实际物体：？？？ 一个简单的辐射换热模型 如图所示，板1为黑体，板2是任意物体，参数分别为Eb、T1 以及E、 ?、 T2，则当系统处于热平衡时，有 两块无限靠近的无限大平板之间的辐射换热 Kirchhoff’s Law 黑体投入辐射 系统处于热平衡 ? ＝? 的条件 这是没有任何实际意义! 什么情况下可以去掉这两个条件呢？ 2 漫射灰体的吸收比与发射率之间的关系 漫射灰体表面 ? ≡ ? 发射率： 物性参数，与外界无关 吸收比