工程热力学和传热学17辐射.ppt

第十七章 辐射换热 第一节 热辐射的基本概念 第二节 热辐射的基本定律 第三节 物体间的辐射换热 §7-1 热辐射的基本概念 电 磁 辐 射 波 谱 特点 三、热辐射能量的表示方法 第二节 热辐射的基本定律 一、普朗特定律（Planck’s law) 二、维恩位移定律(Wien’s displacement law) 三、斯蒂芬-波尔兹曼定律 (Stefan-Boltzmann’s law） 四、兰贝特定律(Lambert’s law) 2、可见面积：沿P方向发射的辐射能，dA的可见面积就是其在与P垂直方向的投影面积。 黑体辐射力等于其定向辐射强度I0的?倍。 小结： 黑体辐射能量按波长分布服从普朗克定律，按空间分布服从兰贝特定律，辐射力的大小由斯蒂芬－波尔兹曼定律确定。维恩位移定律揭示了最大单色辐射力的分布规律。 五、基尔霍夫定律（Kirchhoff’s law) 基尔霍夫定律：任何物体的辐射力与吸收率的比值恒等于同温度下的绝对黑体的辐射力，而与物体的性质无关。 2、黑度(blackness or emissivity)：实际物体的辐射力E与同温度下绝对黑体的辐射力E0之比称为“黑度”。 单色黑度：物体的单色辐射力Eλ与同温度下绝对 黑体的单色辐射力E0,λ之比，即： 灰体的性质： 第三节 物体间的辐射换热 三个黑体表面组成的封闭空腔的辐射换热： 二、灰体间的辐射换热和有效辐射 灰表面与外界的辐射换热量Q： 两灰体间的辐射换热的计算 三、2个灰体间的辐射换热 四、遮热板（thermal shield)的应用 遮热板：插入辐射换热表面之间以削弱辐射换热的薄板。 例1 在黑度为0.8的两个平行面之间插入一块黑度为0.05的抛光铝片。求其辐射换热量是未插入遮热板的多少分之一。 例2 热空气在没有热绝缘材料包扎的管道内流过，管道直径D＝100mm（如图）。现在用具有直径d=15mm保护套的热电偶来测量空气的温度，空气流速w=5m/s, 空气对保护套的换热系数α=21.7W/(m2 K)，管道内壁温度tw=138℃,保护套管表面的黑度ε1=0.816，此时用热电偶测得的温度t1=175.2℃，求此时热空气的真正温度与测出的温度间的误差是多少？ 解：热电偶保护套的热平衡 解：热电偶保护套的热平衡 作业P228 投射辐射 投射到灰表面上的外来辐射。 吸收辐射 被灰表面吸收的部分。 反射辐射 被灰表面反射的部分。 本身辐射 灰表面的辐射力。 有效辐射 灰表面的本身辐射和反射辐射的总和。 称为灰体的“表面热阻”。 黑度越大，则表面热阻越小。 0 在两灰体表面间插入与灰体黑度相等的薄板，其辐射换热减少一半。 解： * * 1. 热辐射特点 (1) 定义：由热运动产生的，以电磁波形式传递的能量； (2) 特点：a 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；b 可以在真空中传播；c 伴随能量形式的转变；d 具有强烈的方向性；e 辐射能与温度和波长均有关；f 发射辐射取决于温度的4次方。 2. 电磁波谱 电磁辐射包含了多种形式，如下图所示，而我们所感兴趣的，即工业上有实际意义的热辐射区域一般为0.1~100μm。 电磁波 产生原因 λ 热 化学 振荡 电子 电流 撞击 短λ 热射线 长λ 热辐射 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。 3. 物体对热辐射的吸收、反射和穿透 物体对热辐射的吸收反射和穿透 A=1的物体称为黑体 R=1的物体称为白体 D=1的物体称为透明体　 黑体的一切量，都用下标“0”表示。 颜色的深浅对可见光的吸收率影响较大。 对红外线来说，吸收率主要取决于物体表面的粗糙度，不管什么颜色，平滑面和磨光面，其反射率都要比粗糙面高好几倍。 黑体概念 黑体：是指能吸收投入到其面上的所有热辐射能的物体，是一种科学假想的物体，现实生活中是不存在的。但却可以人工制造出近似的人工黑体。 黑体模型 气体对于辐射能几乎不反射，R＝0，A+D=1。 当辐射能投射到固体或液体的表面时，在进入表面很小距离内即被吸收完毕， D＝0，A+R=1。 凡是善于吸收的物体（A比较大），就不善于反射（R较小），善于反射的物体，则不善于吸收。 1、辐射力：物体每单位表面积在单位