《化工原理》课件 章节3-5辐射传热.ppt

第 3 章 传热 3.5.1 基本概念 3.5.2 物体的辐射能力 3.5.3 两个固体间的辐射传热 3.5.4 对流－辐射联合传热 3.5.1 基本概念 3.5.3 两固体间的辐射传热 3.5.4 对流-辐射联合传热 * * 3.5 辐射传热 3.5.1.1 热辐射传热 热辐射 ：物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射，是一种通过电磁波传递能量的过程。 辐射传热 ：不同物体间相互辐射和吸收能量的综合过程 热射线 ：可见光线和红外光线统称为热射线 3.5.1.2 物体对热辐射线的作用 服从反射定律和折射定律 能在均一介质中作直线传播 在真空和大多数的气体（惰性气体和对称的双原子气体）中热射线可以完全透过 3、辐射 辐射传热，不仅是能量的传递，还伴随着能量形式的转化。 辐射传热不需要任何介质作媒介，可以在真空中传播。 A=QA/Q ——物体的吸收率 R=QR/Q ——物体的反射率 D=QD/Q ——物体的透过率 黑体、镜体、透热体和灰体 黑体（绝对黑体）：能全部吸收辐射能的物体，即A=1的物体 镜体（绝对白体）：能全部反射辐射能的物体，即R=1的物体 透热体 ：能透过全部辐射能的物体，即D=1的物体 灰体 ：能够以相等的吸收率吸收所有波长辐射能的物体 灰体的特点： 它的吸收率A不随辐射线的波长而变。 它不是透热体，即A+R=1,D=0。 3.5.2 物体的辐射能力 物体发射能力： 物体在一定的温度下，单位表面积、单位时间内所发射的全部波长的总能量。用E表示，单位：W/m2。 3.5.2.1 黑体的发射能力 ——斯蒂芬---波尔茨曼定律 黑体的发射常数或斯蒂芬---波尔茨曼常数 黑体的发射系数 绝对黑体的发射能力和绝对温度的四次方成正比。 C：灰体的发射系数，取决于物体性质、表面情况和温度。 3.5.2.2 实际物体的辐射能力E ： 黑度（发射率）： 同一温度下，实际物体的发射能力与黑体发射能力的比值。 3.5.2.3 灰体的辐射能力和吸收能力－－克希霍夫定律 ——克希霍夫定律 一切物体的发射能力与其吸收率得比值均相等，且等于同温度下的绝对黑体的发射能力，其值只与温度有关。 由 和 在同一温度下，物体的吸收率和黑度在数值上相等。 ε表示灰体发射能力占黑体发射能力的分数 A为外界投射来的辐射能被物体吸收的分数 从壁面1辐射和反射的能量之和E1’ 同理，从壁面2辐射和反射的能量之和E2’ C1-2——总发射系数 ∴在面积均为A相距很小的平行面间的辐射传热速率为： 当两平行壁面间距离与表面积相比不是很小时 ，辐射传热速率应写为： φ：几何因子或角度系数，表示从辐射面积A所发射出的能量为另一物体表面所拦截的分数。数值与两表面的形状、大小、相互位置以及距离有关。 C1-2：物体1对物体2的总发射系数，取决于壁面的性质和两个壁面的几何因素。 影响辐射传热的主要因素 ① 温度的影响 在低温传热时，辐射的影响可以忽略；而在高温传热时，热辐射则不容忽视，有时甚至占据主要地位。 ② 几何位置影响 ③ 物体表面的黑度 ④ 辐射表面间介质的影响 例：车间内有一高和宽各为3m的铸铁炉门，其温度为227℃，室内温度为27℃。为了减少热损失，在炉门前50mm处设置一块尺寸和炉门相同的而黑度为0.11的铝板，试求放置铝板前、后因辐射而损失的热量。 解：(1)放置铝板前因辐射损失的热量 取铸铁的黑度为 （2）放置铝板后因辐射损失的热量 用下标1、2和i分别表示炉门、房间和铝板。假定铝板的温度为Ti K，则铝板向房间辐射的热量为： 式中： 炉门对铝板的辐射传热可视为两无限大平板之间的传热，故放置铝板后因辐射损失的热量为： 式中： 当传热达到稳定时， 放置铝板后因辐射的热损失减少百分率为： 结论：设置隔热挡板是减少辐射散热的有效方法，而且挡板材料的黑度愈低，挡板的层数愈多，则热损失愈少。 设备的热损失等于对流传热和辐射传热之和 。 由于对流散失的热量 ： 由于辐射而散失的热量 ： ∵设备向大气辐射传热， * *