第7章 辐射换热.pdf

第七章 辐射换热 7.1 热辐射的基本概念 7.2 热辐射的基本定律 7.3 角系数 7.4 两个黑体间的辐射换热 7.5 灰体间的辐射换热 7.6 气体辐射 7.7 火焰辐射 第三章 辐射换热 7.1 热辐射的基本概念 （一）定义 辐射是物体通过电磁波传递能量的现象。 热辐射是物体由于热的原因所产生的辐射。（0K以上） 工业温度范围2000K以下，热 辐射波长位于：0.38~100μm 可见光的波长范围： 0.38~0.76μm 红外线：以4μm为界限，有 近红外和远红外之分。 （二）吸收、反射和透射 在外界投射到物体表面上的热辐射 中，一部分被物体吸收（ ），一 部分被反射（ ），另一部分穿透物 体（ ）。根据能量守恒定律有： = + + + + = 1 固体和液体： + = 1 吸收能力大的物体反射能力小 + + = 1 吸 反 透 气体： + = 1 收 射 射 气体的辐射和吸收在整个气体容 比 比 比 积中进行，与表面状况无关 （三）镜反射和漫反射 视物体表面状况（粗糙程度）和投入辐射的波长，表面的反射 又分为镜反射和漫反射。 (a)镜反射 (b)漫反射 表面不平整度小于 表面不平整度大于 投射辐射的波长 投射辐射的波长 漫反射是把来自任意方向、任意波长的投入辐射以均匀的强度 反射到半球空间所有方向上去。 注：除了经特殊处理的金属表面，大部分工程材料均可视为漫 射表面。 （四）黑体、白体和透明体 由于不同物体的吸收比、反射比和透射比因具体条件不同而 千差万别，给热辐射计算带来很大困难。为此，定义一些理 想物体，以此为基准，进行辐射换热计算。 吸收比 = 1的物体称为黑体。 反射比 = 1的物体称为镜体（或绝对白体）。 透射比 = 1的物体称之为透明体。 黑体、镜体和透明体都是理想物体，自然界中并不存在，主 要用它们作为研究辐射规律的参照物。特别是黑体的概念， 是整个热辐射研究和工程应用的理论基础。 黑体模型 当辐射能经小孔投入时，在空腔内 经历多次吸收和反射，而每经历一 次吸收，辐射能就按照内壁吸收比 的份额被减弱一次，最终能离开小 孔的能量微乎其微，可以认为投入 辐射完全在空腔内部被吸收。所以， 就辐射特性而言，小孔具有黑体表 面一样的性质。 利用黑体模型，在黑体辐射的实 验研究及为实际物体提供辐射的 比较标准等方面都十分有用。 （五）辐射力与单色辐射力 辐射力：物体在单位时间内单位面积向表面上半球空间所有方 2 向发射的全部波长的总辐射能量，用符号E表示，单位为W/m 。 在热辐射的整个波谱内，不同波长发射出的辐射能是不同的。 在单位时间内物体单位面积上向半球空间所有方向发射的从 到+d波长的辐射能为 d，其中 称为单色辐射力，单位为 3 W/m 。 = ∞ d 0 注：以后凡属于黑体的一切量， 都将标注下角码b ，