《无机材料热工基础》课件第二章 传热学.pptVIP

2.4 辐射传热 2.4.1辐射传热的基本概念 辐射 物体以电磁波的方式向外传递能量的过程 由于热的原因而发生的辐射 热辐射 取决于温度 能被物体吸收并转变成热能的部分电磁波 热射线 辐射传热 物体之间相互辐射和吸收热过程的总效果 热辐射的特点 ①任何物体，只要温度高于0K，就会不停地向周围空间发出热辐射。 ②伴随能量形式的转变。 ③热射线的传播具有与光同样特性，不需要传热介质。 物体对热辐射的吸收、反射和穿透 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。 黑体：A=1，全吸收 白体：R=1，全反射 透热体：D=1，全透过 大多数的固体和液体：D=0，A+R=1 气体：R=0，A+D=1 辐射力 辐射力E：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。 单色辐射力Eλ：单位时间内，单位波长范围内(包含某一给定波长)，物体的单位表面积向半球空间发射的能量。 黑体一般采用下标0表示 2.4.2 黑体辐射的基本定律 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 黑体辐射的基本定律 ①Planck定律 ② Wien定律 ③Stefan-Boltzmann定律 ①Planck定律 黑体单色辐射力与波长和温度的关系。 λ— 波长，m ； T — 黑体温度，K ； c1 — 第一辐射常数，3.743×10-16 W?m2 c2—第二辐射常数，1.4387×10-2 W?K； 由此可得的关系 ①某一波长的单色辐射能力随温度升高而增大； ②在某一温度下，其辐射辐射能力随波长而变化：λ＝0，Eλ，0＝0；λ↑，Eλ，0↑； 达到最高值后，λ↑，Eλ，0↓ ③温度越高，最大辐射强度的波长越短 。 ④当温度提高时，最大单色辐射力向短波方向移动，在辐射总能量中可见光的份额增加，热物体的亮度相应提高，依次出现红，黄，白。 ② Wien定律 最大辐射强度的波长与绝对温度的乘积为一常数。 ③Stefan-Boltzmann定律 黑体的辐射力与温度的关系： C0：Stefan-Boltzmann常数，5.67 说明黑体的辐射力与其热力学温度的四次方成比例，所以又称为四次方定律。 2.4.3 实际固体和液体的辐射特性 真实物体表面的发射能力低于同温度下的黑体；因此，定义黑度：相同温度下，实际物体的半球总辐射力与黑体半球总辐射力之比: 可得实际物体辐射力E： 实际固液体的吸收特性 当外界的辐射投入到物体表面上时，该物体对投入辐射吸收的情况又是如何呢？ Semi-transparent medium 几个概念 单色吸收率：物体对某种波长辐射能的吸收率称为单色吸收率，用Aλ表示。 投射辐射：单位时间内，外界投射到单位表面积上的总辐射能，用G表示。Gλ表示波长为λ的单色投射辐射。 吸收率：物体对投射辐射所吸收的百分数，通常用A表示。 一般而言，实际物体的单色吸收率与投射辐射的波长有关。为了简单化，定义： 灰体：光谱吸收比与波长无关的物体称为灰体。即，不管投入辐射的分布如何，吸收率A都是同一个常数。 第二章 传热学（4学时） 目录 2.1 基本概念 2.2 导热 2.3 对流传热 2.4 辐射传热 2.5 综合传热 2.1 基本概念 传热学（Heat transfer） 研究由温差引起的热量传递规律的一门科学 热量传递的机理、规律、计算和测试方法 在无机材料工业热工过程中涉及的传热问题主要有两大类： ①如何增强传热，如各种换热设备中的传热。 ②如何减弱传热，如设备和管道的保温。 传热学与热力学的关系 传热学的基本任务：求解温度分布和计算热量传递的速率 传热方式 导热、对流、辐射 导热 定义：指温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象。 可以在固体、液体、气体中发生。 导热的特点 必须有温差 物体直接接触 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量 在引力场下单纯的导热只发生在密实固体中 对流换热 定义：流体中（气体或液体）温度不同的各部分之间，由于发生相对的宏观运动而把热量由一处传递到另一处的现象。 典型的对流换热：流体与固体壁间的换热。 自然对流(natural convection)：若流体的运动是由于流体内部冷、热部分的密度不同而引起的。 强制对流(forced convection)：若流体的运动是由于受到外力的作用(如风机、水泵或其它