11、辐射换热计算ppt课件
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工程热力学与传热学-§11-4 辐射换热的计算方法
X 1, 2
12
A1Eb1
1
A1
A1
A2
cos1 cos2 r2
dA1dA2
1
A2
A1
A2
cos1 cos2 r2
dA1dA2
可以看出，在上述假设条件下，角系数是几何量，只取
决于两个物体表面的几何形状、大小和相对位置。
（2）角系数的性质
1）相对性（互换性）
2）完整性：
2）代数法： 利用角系数的定义及性质, 通过
代数运算确定角系数。
图(a)、(b)： X1,2 1
A1 X1,2 A2 X 2,1
X 2,1
图(c)
： X1,2
X1,2a
A2a A1
A1 A2
图(d) ：X1,2 X 2,1 1
三个非凹表面构成的封闭空腔
6
§11-4 辐射换热的计算方法
对于黑体表面，=1，表面辐射热阻
为零， J Eb 。
表面辐射热阻网络单元
（2）两个漫灰表面构成的封闭空腔中的辐射换热
若两个漫灰表面1、2构成封闭空腔,
T1>T2，则表面1净损失、表面2净获得的
热量分别为
1
Eb1 J1
1 1
2
J2 Eb2
12
A11
A2 2
11
§11-4 辐射换热的计算方法
A11 A1 X1,2 A2 2
两表面封闭空腔的 辐射网络 ：
12
§11-4 辐射换热的计算方法
对于两块平行壁面构成的封闭空腔：
A1 A2 A
X1,2 X 2,1 1
12
11、辐射换热计算PPT课件
第十一章 辐射换热计算
1
角系数Fij的定义： 离开表面i的辐射被表面j所拦截的份额
5
热电比拟
电路图
示意图
电势差 电阻 电流
热网络图
6
例1：
7
图(2-3) 两个表面空腔的辐射换热
8
9
例2：
10
12
图2-4 例题2的辐射网络示意图
11
12
13
14
15
？
37
38
同情形下，没有辐射遮热板时的热阻为：
39
由上式可以看出，有辐射遮热板的 热阻比无辐射遮热板的热阻大 (n+1) 倍。
40
若两种情况下，换热表面的温度相同， 则：
41
§2.3 辐射对温度测量的影响
42
当把温度计放在气流中测量温度时， 感受元件所指示的是温度取决于感受 元件上的总的能量平衡。 如图(2-9)所示:
部分资料从网络收集整 理而来，供大家参考，
感谢您的关注！
43
图(2-9) 温度计测温
44
45
从上式可知，温度计指示的温度并 非是气体的真实温度，而是温度计 进行对流和辐射换热的平衡温度。 因此会造成测量误差，有时误差甚 至会很大。
46
例4
图(2-4) 用热电偶测量气流温度的示意图 47
48
49
50
51
52
53
54
The End
55
16
图(2-5)
17
18
19
图2-6 矩形的角系数
20
21
22
23
24
§2.2 辐射遮热板(辐射屏)
减少两个特定的表面之间辐射换 热的方法之一是采用高反射率的 材料。
1
角系数Fij的定义： 离开表面i的辐射被表面j所拦截的份额
5
热电比拟
电路图
示意图
电势差 电阻 电流
热网络图
6
例1：
7
图(2-3) 两个表面空腔的辐射换热
8
9
例2：
10
12
图2-4 例题2的辐射网络示意图
11
12
13
14
15
？
37
38
同情形下，没有辐射遮热板时的热阻为：
39
由上式可以看出，有辐射遮热板的 热阻比无辐射遮热板的热阻大 (n+1) 倍。
40
若两种情况下，换热表面的温度相同， 则：
41
§2.3 辐射对温度测量的影响
42
当把温度计放在气流中测量温度时， 感受元件所指示的是温度取决于感受 元件上的总的能量平衡。 如图(2-9)所示:
部分资料从网络收集整 理而来，供大家参考，
感谢您的关注！
43
图(2-9) 温度计测温
44
45
从上式可知，温度计指示的温度并 非是气体的真实温度，而是温度计 进行对流和辐射换热的平衡温度。 因此会造成测量误差，有时误差甚 至会很大。
46
例4
图(2-4) 用热电偶测量气流温度的示意图 47
48
49
50
51
52
53
54
The End
55
16
图(2-5)
17
18
19
图2-6 矩形的角系数
20
21
22
23
24
§2.2 辐射遮热板(辐射屏)
减少两个特定的表面之间辐射换 热的方法之一是采用高反射率的 材料。
《传热学辐射换热》PPT课件
对于平面和凸面： Fii 0
对于凹面：
Fii 0
31
(3) 完整性
对于有n个外表组成的封闭系统，据能量守恒可得:
Q i Q i 1 Q i 2 Q i i Q i N
Q i1Q i2 Q ii Q iN 1
Q i Q i
Q i
Q i
N
F ij F i1 F i2 F ii F iN 1
即
G G
所吸收的波长为的投射辐射，w/m2 波长为的投射辐射，w/m2
1G G 10
E d ,T1 ,T2 b,T2
E d 0 ,T2 b,T2
?
黑体
1
E d 0 ,T1 b,T2 T24
?
24
基尔霍夫定律 〔吸收率与辐射率之间的关系〕
1859年，Kirchhoff 用热力学方法答复了这个问题，从而提出了 Kirchhoff 定律。最简单的推导是用两块无限大平物体，参数分别为Eb, T1 以 及E, , T2，那么当系统处于热平衡时，有
QEAJA 1
因为： E Eb 所以有：QEb1AJAE1bJ
A
外表辐射 热阻
35
5.1 辐射换热热阻
〔2〕空间辐射热阻
Eb Eb
J JJ1 J1
J2 J2
1 1 A A
11 A1F12 A1F12
物体外表1辐射到外表2的辐射能为
Q 12J1A 1F 12
物体外表2辐射到外表1的辐射能为
Q 21 J2A 2F 21
右图是根据上式描绘的黑体单色辐 射力随波长和温度的关系。
m与T 的关系由Wien偏移定律给
出 m T 2 .8 9 6 1 0 3m K
到达最大单色辐射力时的波长
对于凹面：
Fii 0
31
(3) 完整性
对于有n个外表组成的封闭系统，据能量守恒可得:
Q i Q i 1 Q i 2 Q i i Q i N
Q i1Q i2 Q ii Q iN 1
Q i Q i
Q i
Q i
N
F ij F i1 F i2 F ii F iN 1
即
G G
所吸收的波长为的投射辐射，w/m2 波长为的投射辐射，w/m2
1G G 10
E d ,T1 ,T2 b,T2
E d 0 ,T2 b,T2
?
黑体
1
E d 0 ,T1 b,T2 T24
?
24
基尔霍夫定律 〔吸收率与辐射率之间的关系〕
1859年，Kirchhoff 用热力学方法答复了这个问题，从而提出了 Kirchhoff 定律。最简单的推导是用两块无限大平物体，参数分别为Eb, T1 以 及E, , T2，那么当系统处于热平衡时，有
QEAJA 1
因为： E Eb 所以有：QEb1AJAE1bJ
A
外表辐射 热阻
35
5.1 辐射换热热阻
〔2〕空间辐射热阻
Eb Eb
J JJ1 J1
J2 J2
1 1 A A
11 A1F12 A1F12
物体外表1辐射到外表2的辐射能为
Q 12J1A 1F 12
物体外表2辐射到外表1的辐射能为
Q 21 J2A 2F 21
右图是根据上式描绘的黑体单色辐 射力随波长和温度的关系。
m与T 的关系由Wien偏移定律给
出 m T 2 .8 9 6 1 0 3m K
到达最大单色辐射力时的波长
第十一章 辐射换热
第二编热量传输第十一章辐射换热辐射换热在金属热态成形产业中是常见的现象，如金属件在炉内的加热，熔化炉中的炉料与发热体之间的换热等。
第一节热辐射的基本概念一、热辐射与辐射换热物体中分子或原子受到激发而以电磁波的方式释放能量的现象叫辐射，电磁波所携带的能量叫辐射能。
由于电磁波可以在真空中传播，因而辐射能也可以在真空中传播，而导热与对流换热则只在存有物质的空间中才能发生。
激发物体辐射能量的原因或方法不同，产生的电磁波的波长和频率也不相同。
电磁波按波长的长短来划分有多种，如图11-1所示。
热辐射是由于热的原因而发生的辐射。
主要集中在红外线和可见光的波长范围内。
热辐射是物体的一种属性，只要物体的温度高于绝对温度0K，就会进行辐射。
因此热量不仅从高温物体辐射到低温物体，同样也从低温物体辐射到高温物体，但是两者辐射的能量不同。
物体在发射辐射能的同时，也在吸收辐射能。
辐射换热是指物体之间的相互辐射和吸收过程的总效果。
例如工业炉炉壁与周围物体之间由于炉壁温度较高，炉壁向周围辐射的能量多于吸收的能量，这样热量就从工业炉传给周围物体。
辐射换热不仅取决于两个物体之间的温度差，而且还取决于它们的温度绝对量。
对于导热来说，其热流密度与温度梯度成正比，而对辐射换热来说，热流密度（或辐射力）与辐射物体热力学温度的四次方成正比，即E∝T4。
二、吸收率、反射率、穿透率当热辐射的能量投射到物体表面上时，同可见光一样有吸收、反射和穿透的现象。
设辐射到物体表面的总能量为Q，其中一部分Qa在进入物体表面后被物体吸收，另一部分能量Qρ被物体反射，其余部分Qτ穿透物体，如教材150页图11-2所示。
根据能量守恒定律得或。
（11-1）令，，则式（11-1）可写成。
（11-2）式中α、ρ、τ——物体的辐射吸收率、反射率和穿透率。
固体及液体在表面下很短的一段距离内就能把辐射能吸收完毕，并把它转换成热能，使物体的温度升高。
对于金属导体，这段距离约为1μm；对于大多数非导电材料，这一距离也小于1mm。
《辐射换热》PPT课件
五、太阳能
五、太阳能
五、太阳能
太阳能空调
四、气体的辐射换热 ◆不同的气体，吸收和发射的能力不同。 ◆单原子和分子构造对称的双原子气体〔如 空气〕，几乎没有吸收和发射能力，可视为 完全透热体。 ◆不对称的双原子和多原子分子〔如水蒸气、 二氧化碳等〕，那么具有相当大的吸收和发 射能力。
〔2〕在太阳光下，白布的吸收率比黑布的小，在 室外穿浅色衣服比较凉快。
3、吸收、反射和透射 对大局部工程材料〔固体〕：不是透热体，即
AR1 对气体：反射率为0，即： AD 1
水蒸气、二氧化碳气体等，只能局部地吸收一定 波长范围内的辐射能。
4、辐射力
辐射力 ：E指在单位时间内物体单位外表积上
向半球空间所有方向发射的全部波长范围内的总
绝对黑体： 2、反射率
—A物如1体：反烟射煤辐、射雪能。的能力。
绝对白体R：
如：磨光的金属外表。
3、透射率 R —物1体透过辐射能的能力。
绝对透明D体：
如：绝对枯：
〔1〕黑体和白体是针对红外线而言的，与光学 上的黑白不同。如：白布和黑布的吸收率差不多，在 室内的感觉是一样的。
1、太阳的温度约5800K，可见光波长范围约：
0.3~ 80.7μ 6m 0.2~2μm
〔
〕
2、工程实际中所遇到0的.7温度~ 6在22μ 0000m K以下，大局部
热射线的范围为：
为红外线
辐射。
8.1 热辐射的概念和根本定 律 一、热辐射的概念
2、热辐射的特点 〔1〕无需媒介物质，可以在真空中进展热 量传播。 〔2〕热辐射过程中不仅有能量的转移，而 且还伴随着能量的转换，即发射时由热能转 变为辐射能，吸收时又由辐射能转换为热能。
辐射换热2011_PPT课件
注意： X21X2a,1X2b,1
角系数的完整性
角系数的可加性
15
第四章 辐射换热
（4）等值性 （5）非凹面
X1,2 X1,2'
X11 0
例4.1 求X21,X11
X 12
A2 A1
X111X121A A12
2’ 2 1
1 2
16
第四章 辐射换热
例4.2 求X12,X21,X22,X11
1 3
X12A A13
A1(Eb1 Eb2) 1 1 1
1 2
③若 1为非凹表面
A1 0 A2
12 1A 1(E b1E b2)
24
第四章 辐射换热
三、遮热板
1
2
q121 11E b1X 11E 2 b21 22
Eb1Eb2
11121
E b1
J1
1 1
若加一板3（ 3 ）
1A1
q12 11
1
Eb1 Eb2
T328.69K
33
第四章 辐射换热
第4章小结：
1、吸收比、反射比、穿透比、光谱辐射力、总辐射力、定 向辐射强度 2、黑体辐射基本定律（ planck’s law, Wien’s displacement
law, Stefan-Boltzman’s law , Lambert’s law )
3、发射率，吸收比，灰体，基尔霍夫定律
表面 1发出的热 表面 2发出的热
辐射到达表面 2 辐射到达表面 1
的部分
的部分
A1,T1,11
12
(Eb1
1
Eb2 )
A1 X 12
空间热阻
E b1
Eb2
角系数的完整性
角系数的可加性
15
第四章 辐射换热
（4）等值性 （5）非凹面
X1,2 X1,2'
X11 0
例4.1 求X21,X11
X 12
A2 A1
X111X121A A12
2’ 2 1
1 2
16
第四章 辐射换热
例4.2 求X12,X21,X22,X11
1 3
X12A A13
A1(Eb1 Eb2) 1 1 1
1 2
③若 1为非凹表面
A1 0 A2
12 1A 1(E b1E b2)
24
第四章 辐射换热
三、遮热板
1
2
q121 11E b1X 11E 2 b21 22
Eb1Eb2
11121
E b1
J1
1 1
若加一板3（ 3 ）
1A1
q12 11
1
Eb1 Eb2
T328.69K
33
第四章 辐射换热
第4章小结：
1、吸收比、反射比、穿透比、光谱辐射力、总辐射力、定 向辐射强度 2、黑体辐射基本定律（ planck’s law, Wien’s displacement
law, Stefan-Boltzman’s law , Lambert’s law )
3、发射率，吸收比，灰体，基尔霍夫定律
表面 1发出的热 表面 2发出的热
辐射到达表面 2 辐射到达表面 1
的部分
的部分
A1,T1,11
12
(Eb1
1
Eb2 )
A1 X 12
空间热阻
E b1
Eb2
第十一章辐射换热
………………….（23）
❖ 二、两个灰体间的辐射换热
❖ 图2两个物体组成的辐射换热系统a)空腔与其内包物体；b) 两个物体组成的封闭腔(两个曲面)c) 两个物体组成的封闭腔 （其一为平面）
❖ 应用辐射热阻构成辐射换热网络的方法如下：将式(16)和式 (23)改写成：
黑体： 灰体：
………….（24）
❖ 可据钢坯的颜色来判断其温度，钢坯在加热过程
中当：
❖
无变化：低于500℃、
❖
暗红：600℃左右、
❖
鲜红：800--850℃左右、
❖
桔黄：1000℃左右
❖
白炽：1300℃左右
为了高温时计算上的方便，通常把式(8)改写成如下形式：
………………………….（9）
❖ 三、基尔霍夫定律
基尔霍夫定律提示了物体的辐射力与吸收率之间的理论关系。 基尔霍夫定律的数学表达式：
则有：A1 X12=A2 X21………………（15） ❖ 两个黑体间辐射换热的计算公式为：
…………（16）
❖ 二、角系数
❖ 确定角系数的方法：积分法、几何法(如图解法)及代数法等。 ❖ 微元面dA1对dA2角系数，角系数Xd1，d2 ：
❖ dA1对A 2表面的角系数Xd1，2
❖ 同理可得微元面dA2对Al表面的角系数Xd2，1
❖ 辐射换热量大于只计及第一次的吸收热量为：
………………（34）
第七节 对流与辐射共同存在时的热量传输
综合换热过程的总热阻相当于对流与辐射热阻之并联，总换热 量等于对流与辐射换热量之和。即：Φ=Φc+ΦR
❖ Φc以及ΦR的计算如下：
❖ 将辐射换热写成对流换热的形式：
❖ αR——辐射传热系数、下标R与对流的下标c相互区别，因 而有下式：
《热工基础》第十一章
12
A1
A2
Eb1
cos1 cos2r 2dA1来自A2Eb1A1
A2
cos1 cos2
r 2
dA1dA2
26
根据角系数的定义, 角系数X1,2和X2,1分别为
X1,2
12
A1Eb1
1 A1
A1
A2
cos1 cos2
r 2
dA1dA2
X 2,1
21
A2 Eb2
1 A2
A1
A2
cos1 cos2
常量(数)，又称为黑体辐射常数。
13
斯忒藩-玻耳兹曼定律表达式可直接由下式导出 ：
Eb
0 Ebd
0
C1
eC2 /(T
5
) 1
d
波段辐射力 Eb12
E E d b12
2 1 b
2 0
Eb d
1 0
Eb d
波段辐射力 Eb12 占黑体辐射力Eb的百分数
Fb12
Eb12 Eb
在的偏差包含在由实验确定
的发射率数值之中。
定向发射率（定向黑度）：
E Eb
L
Lb
实际物体不是漫发射体，定向
发射率是方向角 的函数。
18
金属 1.0 ~ 1.2
非金属
n
0.95 ~ 1.0
n
实际物体发射率
数值大小取决于材料
的种类、温度和表面
状况，通常由实验测
定。
几种非金属材料的定向发射率
19
2 0
Ebd
Eb
1 0
Ebd
Eb
Fb02
Fb01
14
根据普朗克定律表达式，
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第十一章 辐射换热计算
1
问题的提出：
2
3
4
视角系数Fij的定义： 离开表面i的辐射被表面j所拦截的份额
5
热电比拟
电路图
示意图
电势差 电阻 电流
热网络图
6
例1：
7
图(2-3) 两个表面空腔的辐射换热
8
9
例2：
10
12
图2-4 例题2的辐射网络示意图
11
12
13
14
15
？
31
32
33
由上式可知，该热通量如下：
图(2-8) 有一个辐射遮热板的两个 无限大平行平板间的辐射网络
35
多层辐射遮热板的问题同样用上述 方法计算。若各个表面的辐射率不 等，则用图(2-8)的辐射网络求解。
36
若有 n 个辐射遮热板，所有表面的辐射率相 等，且为无限大的平行平板，则“表面热阻” 都相同，每个换热面有一个“表面热阻”， 每一个辐射遮热板有两个“表面热阻”，共 有(2n+2) 个“表面热阻”。有(n+1)个“空 间热阻”，且无限大平行平面间的角系数为1， 所以，所有的“空间热阻”都为1。所以，总 热阻为：
43
图(2-9) 温度计测温
44
45
从上式可知，温度计指示的温度并 非是气体的真实温度，而是温度计 进行对流和辐射换热的平衡温度。 因此会造成测量误差，有时误差甚 至会很大。
46
例4
图(2-4) 用热电偶测量气流温度的示意图 47
48
49
50
51
52
53
54
The End
55
27
如图(2-7)(a)所示的两个无限大的平 行平面，
28
图(2-7) 带辐射遮热板与不带辐射遮热 板的两个无限大平行平板间的辐射
29
30
如果在2它们之间加一个辐射遮热板, 如图(2-7)(b), 对后一种情况进行换热 计算，并与无辐射屏的情况比较。
因为辐射遮热板在整个系统中并不放 出或带走任何热量，所以平板1与辐射 遮热板之间的换热量等于辐射遮热板 与平板2的换热量，且等于总的换热量， 即:
16
图(2-5)
17
18
19
图2-6 矩形的角系数
20
21
22
23
24
§2.2 辐射遮热板(辐射屏)
减少两个特定的表面之间辐射换 热的方法之一是采用高反射率的 材料。
另一种方法是在换热板之间增加 辐射遮热板。
25
屋顶隔热方法1——涂防晒漆 屋顶隔热方法2——加隔热层
26
辐射遮热板在整个系统中并不放出 或带走任何热量，只是在热流通路 中增加了热阻。
37
38
同情形下，没有辐射遮热板时的热阻为：
39
由上式可以看出，有辐射遮热板的 热阻比无辐射遮热板的热阻大 (n+1) 倍。
40
若两种情况下，换热表面的温度相同， 则：
41
§2.3 辐射对温度测量的影响
42
当把温度计放在气流中测量温度时， 感受元件所指示的是温度取决于感 受元件上的总的能量平衡。 如图(2-9)所示:
1
问题的提出：
2
3
4
视角系数Fij的定义： 离开表面i的辐射被表面j所拦截的份额
5
热电比拟
电路图
示意图
电势差 电阻 电流
热网络图
6
例1：
7
图(2-3) 两个表面空腔的辐射换热
8
9
例2：
10
12
图2-4 例题2的辐射网络示意图
11
12
13
14
15
？
31
32
33
由上式可知，该热通量如下：
图(2-8) 有一个辐射遮热板的两个 无限大平行平板间的辐射网络
35
多层辐射遮热板的问题同样用上述 方法计算。若各个表面的辐射率不 等，则用图(2-8)的辐射网络求解。
36
若有 n 个辐射遮热板，所有表面的辐射率相 等，且为无限大的平行平板，则“表面热阻” 都相同，每个换热面有一个“表面热阻”， 每一个辐射遮热板有两个“表面热阻”，共 有(2n+2) 个“表面热阻”。有(n+1)个“空 间热阻”，且无限大平行平面间的角系数为1， 所以，所有的“空间热阻”都为1。所以，总 热阻为：
43
图(2-9) 温度计测温
44
45
从上式可知，温度计指示的温度并 非是气体的真实温度，而是温度计 进行对流和辐射换热的平衡温度。 因此会造成测量误差，有时误差甚 至会很大。
46
例4
图(2-4) 用热电偶测量气流温度的示意图 47
48
49
50
51
52
53
54
The End
55
27
如图(2-7)(a)所示的两个无限大的平 行平面，
28
图(2-7) 带辐射遮热板与不带辐射遮热 板的两个无限大平行平板间的辐射
29
30
如果在2它们之间加一个辐射遮热板, 如图(2-7)(b), 对后一种情况进行换热 计算，并与无辐射屏的情况比较。
因为辐射遮热板在整个系统中并不放 出或带走任何热量，所以平板1与辐射 遮热板之间的换热量等于辐射遮热板 与平板2的换热量，且等于总的换热量， 即:
16
图(2-5)
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图2-6 矩形的角系数
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§2.2 辐射遮热板(辐射屏)
减少两个特定的表面之间辐射换 热的方法之一是采用高反射率的 材料。
另一种方法是在换热板之间增加 辐射遮热板。
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屋顶隔热方法1——涂防晒漆 屋顶隔热方法2——加隔热层
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辐射遮热板在整个系统中并不放出 或带走任何热量，只是在热流通路 中增加了热阻。
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同情形下，没有辐射遮热板时的热阻为：
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由上式可以看出，有辐射遮热板的 热阻比无辐射遮热板的热阻大 (n+1) 倍。
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若两种情况下，换热表面的温度相同， 则：
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§2.3 辐射对温度测量的影响
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当把温度计放在气流中测量温度时， 感受元件所指示的是温度取决于感 受元件上的总的能量平衡。 如图(2-9)所示: