10 辐射换热.ppt

《10 辐射换热.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《10 辐射换热.ppt（28页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、Ch 10 Ch 10 辐射换热辐射换热 热工基础热工基础12/28/20221河海大学机电工程学院Ch 10 Ch 10 辐射换热辐射换热 热工基础热工基础基本要求o1、掌握热辐射和辐射换热的基本原理；、掌握热辐射和辐射换热的基本原理；o2、掌握黑体、灰体、辐射力、有效辐射、掌握黑体、灰体、辐射力、有效辐射、投入辐射、吸收比、反射比、穿透比、黑度投入辐射、吸收比、反射比、穿透比、黑度等概念；等概念；o3、掌握黑体辐射的四个基本定律；、掌握黑体辐射的四个基本定律；o4、了解两物体之间的辐射换热计算及角系、了解两物体之间的辐射换热计算及角系数的概念。数的概念。12/28/20222河海大学机电工

2、程学院Ch 10 Ch 10 辐射换热辐射换热 热工基础热工基础 自然界中各个物体不停地向空间发出热辐射，同时又不断地吸收其他物体发出的热辐射。辐射与吸收过程的综合结果就造成了以辐射方式进行的物体间的热量传递辐射换热。12/28/20223河海大学机电工程学院Ch 10 Ch 10 辐射换热辐射换热 热工基础热工基础宇航员与太空的热量交换的唯一方式：辐射。宇航员与太空的热量交换的唯一方式：辐射。12/28/20224河海大学机电工程学院Ch 10 Ch 10 辐射换热辐射换热 热工基础热工基础人体辐射散热12/28/20225河海大学机电工程学院Ch 10 Ch 10 辐射换热辐射换热 热工基

3、础热工基础人体与墙壁间的传热方式主要是辐射人体与墙壁间的传热方式主要是辐射12/28/20226河海大学机电工程学院Ch 10 Ch 10 辐射换热辐射换热 热工基础热工基础保温瓶的散热保温瓶的散热-保温瓶夹层中主要依靠辐射传热保温瓶夹层中主要依靠辐射传热12/28/20227河海大学机电工程学院Ch 10 Ch 10 辐射换热辐射换热 热工基础热工基础太阳能热水器太阳能热水器12/28/20228河海大学机电工程学院Ch 10 Ch 10 辐射换热辐射换热 热工基础热工基础内容导览o10-1 热辐射的基本概念热辐射的基本概念 o10-2 黑体辐射的基本定律黑体辐射的基本定律 o10-3 灰体

4、和基尔霍夫定律灰体和基尔霍夫定律 o10-4 组成封闭空间的两灰体之间的辐射组成封闭空间的两灰体之间的辐射换热计算换热计算12/28/20229河海大学机电工程学院Ch 10 Ch 10 辐射换热辐射换热 热工基础热工基础10-1 热辐射的基本概念热辐射的基本概念4 4、辐射换热过程中的热能是以电磁波的形式传递的，、辐射换热过程中的热能是以电磁波的形式传递的，因此参与换热的物体间无需介质，传热过程伴随因此参与换热的物体间无需介质，传热过程伴随着能量形式的转换，并且与波长和方向都有关系。着能量形式的转换，并且与波长和方向都有关系。2 2、辐射产生条件、辐射产生条件T0 K 1 1、辐射：物体对外

5、发射电磁波的过程。、辐射：物体对外发射电磁波的过程。3 3、热辐射：波长为、热辐射：波长为0.40.410001000m m的电磁波的传播过程。的电磁波的传播过程。12/28/202210河海大学机电工程学院Ch 10 Ch 10 辐射换热辐射换热 热工基础热工基础 工程上热辐射的大部分能量集中在工程上热辐射的大部分能量集中在0.7620m的红的红外线区，因此工程上的热辐射可以看作是红外辐射。外线区，因此工程上的热辐射可以看作是红外辐射。12/28/202211河海大学机电工程学院Ch 10 Ch 10 辐射换热辐射换热 热工基础热工基础5 5、热辐射与对流、热辐射与对流导热的区别：导热的区别

6、：(1)1)可以在真空中传播；可以在真空中传播；(2)(2)在能量转移时，伴有热能和辐射能的相互转换。在能量转移时，伴有热能和辐射能的相互转换。导热的特点：导热的特点：1 1）导热可发生在固体、气体、液体中；）导热可发生在固体、气体、液体中；2 2）导热过程中物体各部分之间不发生宏观相对位移。）导热过程中物体各部分之间不发生宏观相对位移。对流换热的特点对流换热的特点1 1）对流仅能发生在流体中，且必然伴随着导热；）对流仅能发生在流体中，且必然伴随着导热；2 2）对流换热过程中一定有流体的宏观相对位移。）对流换热过程中一定有流体的宏观相对位移。12/28/202212河海大学机电工程学院Ch 1

7、0 Ch 10 辐射换热辐射换热 热工基础热工基础12/28/202213河海大学机电工程学院Ch 10 Ch 10 辐射换热辐射换热 热工基础热工基础6 6、投入辐射能分配：、投入辐射能分配：吸收比吸收比穿透比穿透比反射比反射比穿透穿透 反射反射 吸收吸收 12/28/202214河海大学机电工程学院Ch 10 Ch 10 辐射换热辐射换热 热工基础热工基础吸收比吸收比=1黑体黑体反射比反射比=1白体（镜体）白体（镜体）穿透比穿透比=1透明体透明体固固 液液=0，+=1 固体和液体不允许热辐射穿透！固体和液体不允许热辐射穿透！固体和液体的辐射和吸收都是在物体表面上进行的，固体和液体的辐射和吸

8、收都是在物体表面上进行的，辐射和吸收特性主要取决于物体表面性质，即表面辐射。辐射和吸收特性主要取决于物体表面性质，即表面辐射。气体气体=0，+=1 气体对热辐射不能反射！气体对热辐射不能反射！对气体来说几乎无反射能力，热辐射的发射和吸收对气体来说几乎无反射能力，热辐射的发射和吸收是在整个气体容积内进行的。是在整个气体容积内进行的。都是理想物体！12/28/202215河海大学机电工程学院Ch 10 Ch 10 辐射换热辐射换热 热工基础热工基础12/28/202216河海大学机电工程学院Ch 10 Ch 10 辐射换热辐射换热 热工基础热工基础10-2 黑体辐射的基本定律黑体辐射的基本定律o黑

9、体黑体 o辐射力辐射力 o普朗克定律普朗克定律o维恩定律维恩定律o斯忒藩斯忒藩-玻耳兹曼定律（四次方定律）玻耳兹曼定律（四次方定律）o兰贝特定律兰贝特定律12/28/202217河海大学机电工程学院Ch 10 Ch 10 辐射换热辐射换热 热工基础热工基础何谓黑体?吸收比为吸收比为1 1，即全部吸收了投射到其表面的辐，即全部吸收了投射到其表面的辐射能的物体。射能的物体。辐射力 定义：定义：单位时间内物体的单位表面积向半球空间单位时间内物体的单位表面积向半球空间所有方向发射出去的全部波长的辐射能的总量。所有方向发射出去的全部波长的辐射能的总量。单位：单位：引入光谱辐射力引入光谱辐射力 ，单位，单

10、位 （为波长）为波长）显然有显然有 （10-3）12/28/202218河海大学机电工程学院Ch 10 Ch 10 辐射换热辐射换热 热工基础热工基础一、普朗克定律黑体光谱辐射力按波长的分布规律。黑体光谱辐射力按波长的分布规律。（10-8）其中其中 ，第一辐射常量；，第一辐射常量；，第二辐射常量；，第二辐射常量；，波长；，波长；，黑体的热力学温度。，黑体的热力学温度。12/28/202219河海大学机电工程学院Ch 10 Ch 10 辐射换热辐射换热 热工基础热工基础例：例：，在红外线区，（工业应用），在红外线区，（工业应用），位于可见光内，（太阳辐射），位于可见光内，（太阳辐射）（10-9）

11、维恩（位移）定律12/28/202220河海大学机电工程学院Ch 10 Ch 10 辐射换热辐射换热 热工基础热工基础二、斯忒藩-玻耳兹曼定律（四次方定律）（四次方定律）（10-10）其中其中 黑体辐射常数黑体辐射常数 其中其中 黑体辐射系数黑体辐射系数 三、兰贝特定律黑体的定向辐射强度与方向无关。黑体的定向辐射强度与方向无关。12/28/202221河海大学机电工程学院Ch 10 Ch 10 辐射换热辐射换热 热工基础热工基础总结：v 黑体的辐射力由斯忒藩黑体的辐射力由斯忒藩-玻耳兹曼定律确定，辐玻耳兹曼定律确定，辐射力射力E正比于热力学温度的四次方；正比于热力学温度的四次方；v 黑体辐射的

12、能量按波长的分布服从普朗克定律，黑体辐射的能量按波长的分布服从普朗克定律，而按空间方向的分布服从兰贝特定律；而按空间方向的分布服从兰贝特定律；v 黑体的光谱辐射力有个峰值，与此峰值相对应的黑体的光谱辐射力有个峰值，与此峰值相对应的波长波长m由维恩位移定律确定，即随温度由维恩位移定律确定，即随温度T升高，升高，m减小。减小。12/28/202222河海大学机电工程学院Ch 10 Ch 10 辐射换热辐射换热 热工基础热工基础10-3 灰体和基尔霍夫定律灰体和基尔霍夫定律一、实际物体的发射率（黑度）:实际物体（不透明的固体和液体）的辐射力与同温度下实际物体（不透明的固体和液体）的辐射力与同温度下黑

13、体辐射力之比。黑体辐射力之比。实际物体实际物体 黑体黑体 （10-16）（10-15）物质的种类物质的种类：非金属材料非金属材料0.850.95 表面温度：表面温度：表面状况：金属材料：磨光的小，粗糙和氧化的大表面状况：金属材料：磨光的小，粗糙和氧化的大 非金属材料则与表面状况关系不大非金属材料则与表面状况关系不大 12/28/202223河海大学机电工程学院Ch 10 Ch 10 辐射换热辐射换热 热工基础热工基础二、灰体二、灰体:投入辐射：投入辐射：单位时间内从外界辐射到物体单位表面积上的能量。单位时间内从外界辐射到物体单位表面积上的能量。吸收比：吸收比：物体对投入辐射的吸收百分率。物体对

14、投入辐射的吸收百分率。光谱吸收比：光谱吸收比：物体对某一特定波长的辐射能的吸收百分率。物体对某一特定波长的辐射能的吸收百分率。灰体：灰体：光谱吸收比与波长无关的物体。灰体同黑体一样，光谱吸收比与波长无关的物体。灰体同黑体一样，是一种理想物体。是一种理想物体。12/28/202224河海大学机电工程学院Ch 10 Ch 10 辐射换热辐射换热 热工基础热工基础三.基尔霍夫定律 热平衡条件下，任意物体对黑体投入辐射的吸收比，热平衡条件下，任意物体对黑体投入辐射的吸收比，等于同温度下该物体的发射率。等于同温度下该物体的发射率。结论：结论：1 1）同温度下，物体辐射力大，则吸收能力亦大。）同温度下，物

15、体辐射力大，则吸收能力亦大。（大，则大，则 大）大）2 2）实际物体实际物体 ，则，则（同温度下，黑体辐射力最大）（同温度下，黑体辐射力最大）12/28/202225河海大学机电工程学院Ch 10 Ch 10 辐射换热辐射换热 热工基础热工基础10-4 组成封闭空间的两灰体之间的组成封闭空间的两灰体之间的辐射换热计算辐射换热计算1 1、自身辐射、自身辐射 E E：物体本身表面向外发出的辐物体本身表面向外发出的辐射能，用辐射力射能，用辐射力E E表示。表示。2 2、投射辐射投射辐射G G：单位时间内由外界向该物体单位时间内由外界向该物体单位表面积投射来的总辐射单位表面积投射来的总辐射能。能。3

16、3、有效辐射、有效辐射J J：单位时间内离开表面单位面单位时间内离开表面单位面积的总辐射能。积的总辐射能。基本概念：基本概念：12/28/202226河海大学机电工程学院Ch 10 Ch 10 辐射换热辐射换热 热工基础热工基础o角系数角系数n表面1发出的辐射能中直接落到表面2上的百分数，称为表面1对表面2的角系数，记为X1,2n同理，可定义角系数X2,112/28/202227河海大学机电工程学院Ch 10 Ch 10 辐射换热辐射换热 热工基础热工基础判断正误o黑体和白体是理想物体，灰体是介于黑体与黑体和白体是理想物体，灰体是介于黑体与白体之间的实际物体。白体之间的实际物体。o任何物体的黑度等于其吸收比。任何物体的黑度等于其吸收比。o任何物体都具有热辐射的能力。任何物体都具有热辐射的能力。12/28/202228河海大学机电工程学院