传热学课件第五章辐射换热理论
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传热学-辐射换热PPT课件
传热学-辐射换热
一、热辐射与辐射换热
1、定义
辐射－辐射是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。
辐射能－辐射能是电磁波所携带的能量（或热能转变成电磁波形式的
能量）。
热辐射－物体由于热的原因（温度高于 0 K）而发射电磁波的现象。
辐射换热－物体之间通过热辐射交换热量的过程。
当系统达到热平衡时，辐射换热量为零，但热辐射仍然不断进行。
（3）不同温度下黑体的单色辐射力随波长的变化图
1） 黑体的温度一定时， 不同波长的能量不同。 并在某一波长时存在极 大值；
2） Eb 的最大值随温度 的升高向短波方向移动。
对数坐标
3) 相同波长下，温度高 时的光谱辐射力也强
4) 某一温度下曲线与横 轴之间的面积即代表 了该温度下的总辐射 力，即
=
E Eb
=
E Eb
C
T 100
4
Cb
T 100
4
C Cb
实际物体的发射率为图7-9曲线下的面积（辐射力）之比。
同一温度下黑体的辐射力最大。
（2）实际物体的辐射力E
E
Eb
Cb
T 100
4
（3）影响发射率的因素
发射率只取决于发射物本身的材料类别、表面状况和温度，而不 涉及外界条件（见教材P151表7-1）。
2、实际物体的单色发射率 对同温度、同波长
E Eb
单色发射率是曲线的纵坐标之比。
3、实际物体的发射率与单色发射率的关系
E Eb
E d
0
Eb d
Eb d
0
Eb d
图7-9
0
0
4、灰体的发射率与单色发射率的关系
一、热辐射与辐射换热
1、定义
辐射－辐射是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。
辐射能－辐射能是电磁波所携带的能量（或热能转变成电磁波形式的
能量）。
热辐射－物体由于热的原因（温度高于 0 K）而发射电磁波的现象。
辐射换热－物体之间通过热辐射交换热量的过程。
当系统达到热平衡时，辐射换热量为零，但热辐射仍然不断进行。
（3）不同温度下黑体的单色辐射力随波长的变化图
1） 黑体的温度一定时， 不同波长的能量不同。 并在某一波长时存在极 大值；
2） Eb 的最大值随温度 的升高向短波方向移动。
对数坐标
3) 相同波长下，温度高 时的光谱辐射力也强
4) 某一温度下曲线与横 轴之间的面积即代表 了该温度下的总辐射 力，即
=
E Eb
=
E Eb
C
T 100
4
Cb
T 100
4
C Cb
实际物体的发射率为图7-9曲线下的面积（辐射力）之比。
同一温度下黑体的辐射力最大。
（2）实际物体的辐射力E
E
Eb
Cb
T 100
4
（3）影响发射率的因素
发射率只取决于发射物本身的材料类别、表面状况和温度，而不 涉及外界条件（见教材P151表7-1）。
2、实际物体的单色发射率 对同温度、同波长
E Eb
单色发射率是曲线的纵坐标之比。
3、实际物体的发射率与单色发射率的关系
E Eb
E d
0
Eb d
Eb d
0
Eb d
图7-9
0
0
4、灰体的发射率与单色发射率的关系
辐射换热理论基础PPT课件
用黑体辐射函数表示波段区间的辐射能:
Fb(12)
12Ebd 1
Ebd
T4
12EbdT 1402Ebd01Ebd
0
Fb(02)Fb(01) f(2T)f(1T)
(4)立体角 定义：球面面积除以球半径的平方称为立体角，单位：
sr(球面度)，如图6-8和6-9所示：
ddrA 2c sindd
图6-8 立体角定义图
根据前面的定义可知，物体的吸收比除与自身表面性质及温 度有关外，还与投入辐射按波长的能量分布有关。设下标1、 2分别代表所研究的物体和产生投入辐射的物体，则物体1的 吸收比为
1吸 投收 入的 的总 总 0能 能 (0 ,T(量 量 1),T(2),E Tb2)(E Tb2)(dT2)d
f(T1,T2,表1面 的性表 质2面 的 ，性 ) 质
X1,2 表面1的有效辐射
(6-1)
同理，也可以定义表面2对表面1的角系数。角系数的应用 是有一定限制条件的，即漫射面、等温、物性均匀
(2) 微元面对微元面的角系数
两个微元表面dA1和dA2，则
dd1 A d2A L 1 d1c Ao1 ds1
d1
dA2 cos2
r2
ddA1dA2
L1dA1c os1
实际物体的辐射力与 黑体辐射力之比:
实际物体的光谱辐射 力与黑体的光谱辐射 力之比：
E Eb
0
()Ebd T4
() E
Eb
实际物体的定向辐射 强度与黑体的定向辐 射强度之比：
() L() L() Lb() Lb
漫发射的概念：表面的定向发射率 () 与方向无关，即定向 辐射强度与方向无关，满足上述规律的表面称为漫发射面， 这是对大多数实际表面的一种很好的近似。
《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
(完整PPT)传热学
温度
温度对导热系数的影响因材料而异，一般情况下，随着温度的升高 ，导热系数会增加。
压力
对于某些材料，如气体，压力的变化会对导热系数产生显著影响。
稳态与非稳态导热过程
稳态导热
物体内部各点温度不随时间变化而变化的导热过程。在稳态导热过程中，热流 密度和温度分布保持恒定。
非稳态导热
物体内部各点温度随时间变化而变化的导热过程。在非稳态导热过程中，热流 密度和温度分布会发生变化，通常需要考虑时间因素对导热过程的影响。
辐射换热计算方法
辐射换热量计算
通过斯蒂芬-玻尔兹曼定律计算两 个物体之间的辐射换热量，需要 考虑物体的发射率、温度以及物 体间的角系数等因素。
角系数计算
角系数表示一个表面对另一个表 面辐射能量的相对大小，可以通 过几何方法或数值方法计算得到 。
辐射换热网络模型
对于多个物体之间的复杂辐射换 热问题，可以建立辐射换热网络 模型，通过求解线性方程组得到 各个物体之间的辐射换热量。
06 传热学实验技术 与设备
实验测量技术与方法
温度测量
使用热电偶、热电阻等 温度传感器，配合数据 采集系统，实现温度的
精确测量。
热量测量
采用量热计、热流计等 设备，测量传热过程中
的热量变化。
热阻测量
通过测量传热设备两侧 温差和传热量，计算得
到热阻。
热流密度测量
利用热流计等设备，测 量单位面积上的热量传
(完整PPT)传热学
contents
目录
• 传热学基本概念与原理 • 导热现象与规律 • 对流换热原理及应用 • 辐射换热基础与特性 • 传热过程数值计算方法 • 传热学实验技术与设备 • 传热学在工程领域应用案例
01 传热学基本概念 与原理
温度对导热系数的影响因材料而异，一般情况下，随着温度的升高 ，导热系数会增加。
压力
对于某些材料，如气体，压力的变化会对导热系数产生显著影响。
稳态与非稳态导热过程
稳态导热
物体内部各点温度不随时间变化而变化的导热过程。在稳态导热过程中，热流 密度和温度分布保持恒定。
非稳态导热
物体内部各点温度随时间变化而变化的导热过程。在非稳态导热过程中，热流 密度和温度分布会发生变化，通常需要考虑时间因素对导热过程的影响。
辐射换热计算方法
辐射换热量计算
通过斯蒂芬-玻尔兹曼定律计算两 个物体之间的辐射换热量，需要 考虑物体的发射率、温度以及物 体间的角系数等因素。
角系数计算
角系数表示一个表面对另一个表 面辐射能量的相对大小，可以通 过几何方法或数值方法计算得到 。
辐射换热网络模型
对于多个物体之间的复杂辐射换 热问题，可以建立辐射换热网络 模型，通过求解线性方程组得到 各个物体之间的辐射换热量。
06 传热学实验技术 与设备
实验测量技术与方法
温度测量
使用热电偶、热电阻等 温度传感器，配合数据 采集系统，实现温度的
精确测量。
热量测量
采用量热计、热流计等 设备，测量传热过程中
的热量变化。
热阻测量
通过测量传热设备两侧 温差和传热量，计算得
到热阻。
热流密度测量
利用热流计等设备，测 量单位面积上的热量传
(完整PPT)传热学
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目录
• 传热学基本概念与原理 • 导热现象与规律 • 对流换热原理及应用 • 辐射换热基础与特性 • 传热过程数值计算方法 • 传热学实验技术与设备 • 传热学在工程领域应用案例
01 传热学基本概念 与原理
《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。
传热学课件第五章辐射换热理论
E E d
0
d
在相同的温度下以黑体的辐射力最大 ,
用Eb表示,则实际物体的辐射力E为
E = ε Eb
式中：ε 为物体的发射率（或黑度）；
Eb为同温度下黑体的辐射力,W/m2。
二 、有效辐射 物体表面除了因本身的温度特性向外 界发出本身辐射外 ,其它物体投射到物体表 面上的投射辐射还有部分被反射。本身辐 射和反射辐射之和称为有效辐射,记为J,单 位为w/m2,即 J = E + ρ G 式中,E称为发射辐射或本身 辐射,ρ G为反射辐射,G称为该 表面接受到的投入辐射。 有效辐射在辐射换热的分析和计算中 非常重要。
Fb ( 01T ) 0.07025%, Fb ( 02T ) 8.88%
则 F b ( 1T 2T ) Fb ( 0 2T ) Fb ( 0 1T ) 8.88% 0.07025% 8.81%
结果分析:在灯丝发出的辐射能中，可见光只 占8.81％，其余91.19％属于不可见的红外辐射， 并转化为热能，散失到周围环境中，钨丝灯作为光 源其效率是很低的。
进行辐射换热计算时，需要计算物体辐射能 力的大小。对于黑体辐射可从普朗克定律积分得 出 Eb ＝σ bT4 W/m2 式中：σ b为黑体辐射常数，σ b＝5.67×10－8W/ （m2·K4）；T为黑体热力学温度，K。 上式也可 4 写为 T Eb c0 2 W/m 100 式中：c0为黑体辐射系数，c0＝5.67。 上式表明黑体的辐射力与热力学温度的四次 方成正比，故又称为四次方定律。
首页
重点与难点
重点：
1. 热辐射的特点、热辐射表面的性质。 2. 辐射力、黑体、灰体、有效辐射等基本 概念。 3. 热辐射基本定律。 4. 气体辐射的特点。
0
d
在相同的温度下以黑体的辐射力最大 ,
用Eb表示,则实际物体的辐射力E为
E = ε Eb
式中：ε 为物体的发射率（或黑度）；
Eb为同温度下黑体的辐射力,W/m2。
二 、有效辐射 物体表面除了因本身的温度特性向外 界发出本身辐射外 ,其它物体投射到物体表 面上的投射辐射还有部分被反射。本身辐 射和反射辐射之和称为有效辐射,记为J,单 位为w/m2,即 J = E + ρ G 式中,E称为发射辐射或本身 辐射,ρ G为反射辐射,G称为该 表面接受到的投入辐射。 有效辐射在辐射换热的分析和计算中 非常重要。
Fb ( 01T ) 0.07025%, Fb ( 02T ) 8.88%
则 F b ( 1T 2T ) Fb ( 0 2T ) Fb ( 0 1T ) 8.88% 0.07025% 8.81%
结果分析:在灯丝发出的辐射能中，可见光只 占8.81％，其余91.19％属于不可见的红外辐射， 并转化为热能，散失到周围环境中，钨丝灯作为光 源其效率是很低的。
进行辐射换热计算时，需要计算物体辐射能 力的大小。对于黑体辐射可从普朗克定律积分得 出 Eb ＝σ bT4 W/m2 式中：σ b为黑体辐射常数，σ b＝5.67×10－8W/ （m2·K4）；T为黑体热力学温度，K。 上式也可 4 写为 T Eb c0 2 W/m 100 式中：c0为黑体辐射系数，c0＝5.67。 上式表明黑体的辐射力与热力学温度的四次 方成正比，故又称为四次方定律。
首页
重点与难点
重点：
1. 热辐射的特点、热辐射表面的性质。 2. 辐射力、黑体、灰体、有效辐射等基本 概念。 3. 热辐射基本定律。 4. 气体辐射的特点。
热辐射及辐射传热
❖ 热射线：
紫外线0.1~0.38μm 可见光0.38~0.76μm 红外线0.76~1000μm
❖ 近红外线0.76~1.4μm ❖ 中红外线1.4~3.0μm ❖ 远红外线3.0~1000μm
工业上一般物体(T<2000K) 热辐射的大部分能量的波长 位于0.76~20μm。 太阳辐射：0.1~20μm 约定：除特殊说明，以后论 及的热射线都指红外线。
1、角系数的相对性
两个黑体表面间进行辐射换热，表面1辐射 到表面2的辐射能为A1Eb1X1,2，表面2辐射到表面 1的辐射能为A2Eb2X2,1，两黑体表面间的净辐射 换热量为：
1 ， 2 A 1 E b 1 X 1 ,2 A 2 E b 2 X 2 ,1
当T1=T2时，净辐射换热量为零，即Eb1=Eb2 则两个表面间角系数的相对性的表达式：
A1X1,2 A2X2,1
由于角系数是纯几何因素，与是否黑体无关， 所以相对性也适用于其它漫射表面。
2、角系数的完整性
X 1 ,1X 1 ,2X 1 ,3 X 1 ,n 1
n
X1,i 1
i1
角系数的完整性
注：若表面1为非凹表面时，X1,1=0；若表面1为 凹表面，X 1，1 0
3、角系数的有界性 0 Xi，j 1
f (2T ) f (1T )
黑体辐射函数
四、 Lambert 定律
可以证明： L()L常 量
黑体辐射的定向辐射强度与方向无关。
定向辐射强度的定义图
它说明黑体的定向辐射力随天顶角呈余弦规 律变化。 Lambert定律也称为余弦定律。黑体辐
射能在空间不同方向上的分布不均匀：法向最大， 切向最小（为零）。
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，(W/m3)。
高等传热学辐射换热理论5
第四讲：有吸收介质的辐射换热计算（n 个灰漫表面组成封闭体，网络法）1．基本概念：由于封闭体内总有气体存在，当气体的吸收性不能忽略时，如炉膛内，必须考虑气体辐射特性对辐射换热的影响。
气体辐射有二个特点： （1）波长有选择性，不连续。
（2）辐射在整个容积中进行。
另外，气体对辐射有散射。
有弹性散射、非弹性散射；各向同性散射和各向异性散射等分类。
2. 辐射传递方程：当波长为λ的射线穿过气体时，沿其辐射路径辐射能的变化规律成为辐射传递方程：设射线沿l 方向的原点0出发，在l 处，其辐射能由于被该处的气体吸收和散射，其减弱量可由贝尔定律和散射规律得到：,,,,[]l s l dI K K I dlλαλλλ=-+不计散射，有：,,,l l dI K I dlλαλλ=-当吸收系数,K αλ为常数时：积分得：,,,0k ll I I eαλλλ-=,,,,1k lk l l l e e αλαλλλατ--=-=另外由于在l 处的dV 空间的气体辐射dq λ,V 和其它气体对dV 的散射，增强了该点l 方向的辐射强度：定义：dV 空间的气体辐射在l 方向的辐射强度：(),,,14V l b dq L K E T dVλλαλλππ==dV 空间的得到其他气体散射在l 方向的辐射强度：()(),,''',,4,44s V s l ldq K S I P d dVλλλλπππ==ΩΩΩΩ⎰所以，得辐射传递方程：()()(),,''',,,,,,41[],4l s s l b l dI K K K I K E T I P d dlλλαλλλαλλλπππ=-+++ΩΩΩΩ⎰若忽略散射：有：(),,,,1l l b dI K I K E T dlλαλλαλλπ=-+再定义光学厚度概念：,,0,1/LLk dl k L k λαλαλαλδ===⎰ 光学薄层：δλ《1。
《传热学辐射换热》课件
制氢系统通常采用热反应器 来将甲烷和水的混合物转化 为氢气，其中对热的要求很 高。
低温热电转换系统的温 度控制
低温热电转换是一种将温差 转化为电能的过程，可应用 于产生绿色能源或冷却系统 等领域。
建筑能耗管理系统中的 热传递分析
建筑能耗管理系统中，热传 递分析可以优化建筑能源使 用、降低环境污染、提高生 活质量等。
3 传递效应
传热时会发生温度场的变化和对流运动的发 生，也会影响介质的分子活动以及物体的变 形。
4 热辐射的种类
热辐射有热辐射、热电子辐射和自由自发辐 射，其中热辐射是最常见的一种。
辐射换热的定义及作用
定义
辐射换热是指热通过电磁波的传 播来换热的过程，该过程与介质 无关。
作用
辐射换热应用十分广泛，如太阳 能电池板、太空舱、食品加热等 多个领域。
传热学辐射换热PPT课件
本课件将介绍热传递的三种方式之一的辐射换热，包括热辐射基础、辐射换 热模型、辐射换热的重要性、计算方法以及在实际应用中的案例。
热传递的基本概念
1 传递方式
热传递分为传导、对流和辐射Байду номын сангаас种方式，其 中辐射换热是在真空或非接触的情况下很重 要的一种方式。
2 传递方式
传热的三种方式的共同点在于都会受到介质 和温度差的影响，而热辐射是通过电磁辐射 传递热量。
分子形壳辐射发生在由多个分子层组成的介质中，介质厚度通常在几纳米到几微 米范围内。
辐射换热模型
1 设计流程
辐射换热模型的设计流程 包括建立数学模型、精度 验证和优化设计。
2 传热原理
辐射换热的传热原理是辐 射能量通过介质，产生电 子的能量变化，从而产生 热量。
3 传热方程
低温热电转换系统的温 度控制
低温热电转换是一种将温差 转化为电能的过程，可应用 于产生绿色能源或冷却系统 等领域。
建筑能耗管理系统中的 热传递分析
建筑能耗管理系统中，热传 递分析可以优化建筑能源使 用、降低环境污染、提高生 活质量等。
3 传递效应
传热时会发生温度场的变化和对流运动的发 生，也会影响介质的分子活动以及物体的变 形。
4 热辐射的种类
热辐射有热辐射、热电子辐射和自由自发辐 射，其中热辐射是最常见的一种。
辐射换热的定义及作用
定义
辐射换热是指热通过电磁波的传 播来换热的过程，该过程与介质 无关。
作用
辐射换热应用十分广泛，如太阳 能电池板、太空舱、食品加热等 多个领域。
传热学辐射换热PPT课件
本课件将介绍热传递的三种方式之一的辐射换热，包括热辐射基础、辐射换 热模型、辐射换热的重要性、计算方法以及在实际应用中的案例。
热传递的基本概念
1 传递方式
热传递分为传导、对流和辐射Байду номын сангаас种方式，其 中辐射换热是在真空或非接触的情况下很重 要的一种方式。
2 传递方式
传热的三种方式的共同点在于都会受到介质 和温度差的影响，而热辐射是通过电磁辐射 传递热量。
分子形壳辐射发生在由多个分子层组成的介质中，介质厚度通常在几纳米到几微 米范围内。
辐射换热模型
1 设计流程
辐射换热模型的设计流程 包括建立数学模型、精度 验证和优化设计。
2 传热原理
辐射换热的传热原理是辐 射能量通过介质，产生电 子的能量变化，从而产生 热量。
3 传热方程
第五章辐射换热PPT学习教案
第10页/共44页
气体的辐射能流的吸收 和发射不再限于表面而 扩展到整个气体空间， 沿途被吸收而衰减
第11页/共44页
第12页/共44页
气体辐射的选择性
吸收性气体辐射，发射和吸收的波谱不连续，带有 “选择性”
第13页/共44页
气体辐射率图表及其应用
第14页/共44页
第15页/共44页
CO2和H2O的混合气体，在重叠的波带内会相互吸 收，因此混合气体的辐射率要比单独辐射率的总和小 。
体”——吸收性极其微弱，Ar 0
3、在平衡辐射情况下，气体得到多少能量，就同时发射多少 能量。“透明气体”将不参与辐射传热过程
4、不同的气体，吸收和发射的能力不同。单原子气体和分子 结构对称的双原子，几乎没有吸收和发射能力，可视为完全透 热体。而不对称的双原子和多原子，则具有相当大的发射能力 和吸收率。
第五章辐射换热
会计学
1
如何从传热角度解释？
实际物体（固体、液体 、气体）的辐射特性
第1页/共44页
基本概念
1、发射率（黑度） E Eb
()
E
E b
0
(
)E
bd
T 4
2、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
3、吸收比：物体对投入辐射所吸收的百分数
4、光谱吸收比：物体对某一特定波长的辐射能所 吸收的百分数
F2 s
2
Q (1) 1 2
0 F1 (T14 T24 )
1 F1 ( 1 1) F1 ( 2
1)
1 F2 2
FS s
第38页/共44页
5.4 遮热板
2.筒状遮热板
2）插入n块黑度s 为的遮热板，相当于插进2n个
气体的辐射能流的吸收 和发射不再限于表面而 扩展到整个气体空间， 沿途被吸收而衰减
第11页/共44页
第12页/共44页
气体辐射的选择性
吸收性气体辐射，发射和吸收的波谱不连续，带有 “选择性”
第13页/共44页
气体辐射率图表及其应用
第14页/共44页
第15页/共44页
CO2和H2O的混合气体，在重叠的波带内会相互吸 收，因此混合气体的辐射率要比单独辐射率的总和小 。
体”——吸收性极其微弱，Ar 0
3、在平衡辐射情况下，气体得到多少能量，就同时发射多少 能量。“透明气体”将不参与辐射传热过程
4、不同的气体，吸收和发射的能力不同。单原子气体和分子 结构对称的双原子，几乎没有吸收和发射能力，可视为完全透 热体。而不对称的双原子和多原子，则具有相当大的发射能力 和吸收率。
第五章辐射换热
会计学
1
如何从传热角度解释？
实际物体（固体、液体 、气体）的辐射特性
第1页/共44页
基本概念
1、发射率（黑度） E Eb
()
E
E b
0
(
)E
bd
T 4
2、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
3、吸收比：物体对投入辐射所吸收的百分数
4、光谱吸收比：物体对某一特定波长的辐射能所 吸收的百分数
F2 s
2
Q (1) 1 2
0 F1 (T14 T24 )
1 F1 ( 1 1) F1 ( 2
1)
1 F2 2
FS s
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5.4 遮热板
2.筒状遮热板
2）插入n块黑度s 为的遮热板，相当于插进2n个
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首页
重点与难点
重点：
1. 热辐射的特点、热辐射表面的性质。 2. 辐射力、黑体、灰体、有效辐射等基本 概念。 3. 热辐射基本定律。 4. 气体辐射的特点。
难点：
1. 热辐射表面的性质 2. 基尔霍夫定律
首页
内容精粹
§1 热辐射的本质和辐射换热特点
§2 热辐射表面的一般性质
§3 辐射力和有效辐射 §4 黑体辐射基本定律 §5 灰体和基尔霍夫定律 §6 气体辐射
§7 太阳辐射
首页
第一节 热辐射的本质和辐射换热特点
辐射:物体以电磁波的形式释放能量的现 象。
热辐射:物体由于热的原因发生的辐射现
象。
热辐射是物体具有一定温度时固有的属性， 物体之间可以依靠热辐射进行辐射换热。
辐射能依靠电磁波在真空或介质中传播， 传播速度等于光速。
辐射线的波长理论上应是0～∞μ m，实际上， 与传热有关的波长大致在0.1～100μ m的范围内，其 中λ =0.38～0.76μ m的为可见光，λ ＜0.38μ m的为 紫外线，λ ＞0.76μ m的为红外线，这些射线称为热 射线。如图示出了整个电磁波谱，可以看出热射线 只占波谱的一部分。
即对固体和液体而言，吸收能力大的物体其反射 能力就小，反之亦然。
对于气体，热射线几乎不被反射，即ρ =0， 故有 1
说明吸收能力大的气体，其穿透能力就小，反之 亦然。
几种假想物理模型: 如果物体能够吸收外来投入辐射所有方向全波长 的辐射能，这时吸收比 α =1，我们称之为黑体；而 当反射比 ρ =1时，称之为镜体或白体，当透过比 τ =1时，称之为透热体。事实上，在自然界中，并不 存在绝对的黑体、白体和透热体，这是人们为了研究 的方便而采用的。 例如：煤烟、炭黑、粗糙的钢板等，对热射线的 吸收比在0.9～0.95以上，接近于黑体。而磨光的纯 金反射比ρ 接近0.98，近似于白体。纯净的空气对于 热射线基本上不吸收也不反射，认为是透热体。
（3）辐射换热与导热和对流换热的另一个不 同点在于导热量或对流换热量只和物体温度的一 次方之差成正比，而辐射换热量是与两个物体热 力学温度的四次方之差成正比，因此，两个物体 的温度差对于辐射换热量的影响更强烈。 （4）热辐射是一切物体的固有属性，只要温 度高于0K ,物体就一定向外发出辐射能量，当两 个温度不同的物体在一起时高温物体辐射的能量 大于低温物体辐射的能量，最终结果是高温物体 向低温物体传递了能量。即使两个物体温度相同， 辐射换热也仍在不断进行，只是处于热动平衡状 态，净辐射换热量为零。
对于某一波长射线，即单色射线上式 仍然成立。可表示为:
1
式中：
, ,
分别称为物体的
单色吸收比、单色反射比和单色透射比。
固体和液体由于分子排列紧密，只要稍具厚 度，它们就不允许热射线透过，即 τ =0 ，因此对 于固体和液体有
1
第三节 辐射力和有效辐射
一、 辐射力
物体在某一温度下向空间辐射能量的多少常用 辐射力来描述。 辐射力E 定义为物体在单位时间内单位表面积 向半球空间所有方向发射的全波长辐射能的总和,单 位为W/㎡。 单色辐射一波长λ 的辐射能,单位 为W/m3。根据定义,辐射力与单色辐射力之间的关系 dE 为 或 E
工程上，辐射物体 温度一般在 2000K以下，
热辐射主要集中于红外
线区域，辐射体温度不
同，辐射能量的强度不
同。
发光颜色与对应温度的关系
当物体温度不同时，虽然物体之间不相互接触， 却可以通过热射线的相互辐射和吸收，进行能量交换， 这一现象称为辐射换热。辐射换热具有如下特点： （1）辐射换热与导热和对流换热不同，发生辐射 换热时不需要存在任何形式的中间介质，即使在真空 中热辐射也可以进行。 （2）物体在辐射换热过程中，不仅有能量的转换， 而且还有能量形式的转化，即物体在辐射时，不断将 自己的热能转变为电磁波向外辐射，当电磁波射到其 它物体表面时即被吸收而转变为热能，导热和对流换 热均不存在能量形式的转换。
第二节
热辐射表面的一般性质
由于各种辐射线都是电磁波，因此可见 光和不可见光之间无本质区别，辐射线落到 表面上同样会发生反射、吸收和透射现象。
当辐射能量为G的热射线落到
物体表面时，Gα 部分被物体吸收，
Gρ 部分被物体反射,Gτ 部分则透过
物体，根据能量守恒原理有：
G= Gα +Gρ + Gτ
则
G G G 1 G G G
G G G , , G G G
定义 可得出
1
式中：α 为物体的吸收比，表示物体所吸收 的能量占投入辐射能量的份额；ρ 为物体的反 射比，表示物体所反射的能量占投入辐射能量 的份额；τ 为物体的透射比，表示物体所穿透 的能量占投入辐射能量的份额。
注意：有些物体对热射线的透过具有选择性，
例如玻璃对于波长λ ＞4μ m的红外线是不透明的,而 对于可见光和紫外线则是透热体。还应注意对热射线 而言的黑白概念是对整个热射线范围而言的，可见光 只是其中的一部分，因此对热射线而言的黑白概念与 日常的不同。对于工业高温下的热辐射来说,对射线 的吸收和反射有重大影响的是表面的粗糙程度,而不 是表面的颜色,例如白色表面和黑色表面对于工业高 温下的红外辐射几乎具有相同的吸收比。例如白雪的 吸收比高达0.985,近似于黑体。白布与黑布一样,吸 收比很高,它们辐射特性的区别仅表现在白布对太阳 辐射的吸收比很低,而黑布则相反。
第五章 热辐射基本概念 及基本定律
例 题 赏 析
内 容 精 粹
重 点 难 点
基 本 要 求
基本要求
1. 理解热辐射的本质，掌握热辐射的特点及 吸收比、反射比、穿透比、黑体、透明 体、灰体、漫射体、辐射力、有效辐射等 概念。 2. 掌握热辐射的基本定律及黑体辐射函数表 的应用。 3. 理解实际物体的辐射特性及其黑度、吸收 比的意义及确定方法。 4．掌握气体辐射的特点，了解太阳辐射和炉 内辐射的特点。
镜反射 漫反射 物体反射有镜面反射和漫反射两种情况，如 图所示。当反射表面非常平整光滑，则形成镜面 反射，这时将遵循几何光学规律，即入射角等于 反射角，此种物体称为镜体，当物体表面十分粗 糙，使得投入表面的辐射向不同方向反射出去， 并且反射辐射在各个方向上均匀分布时，则称为 漫反射。一般工程材料都形成漫反射。
重点与难点
重点：
1. 热辐射的特点、热辐射表面的性质。 2. 辐射力、黑体、灰体、有效辐射等基本 概念。 3. 热辐射基本定律。 4. 气体辐射的特点。
难点：
1. 热辐射表面的性质 2. 基尔霍夫定律
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内容精粹
§1 热辐射的本质和辐射换热特点
§2 热辐射表面的一般性质
§3 辐射力和有效辐射 §4 黑体辐射基本定律 §5 灰体和基尔霍夫定律 §6 气体辐射
§7 太阳辐射
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第一节 热辐射的本质和辐射换热特点
辐射:物体以电磁波的形式释放能量的现 象。
热辐射:物体由于热的原因发生的辐射现
象。
热辐射是物体具有一定温度时固有的属性， 物体之间可以依靠热辐射进行辐射换热。
辐射能依靠电磁波在真空或介质中传播， 传播速度等于光速。
辐射线的波长理论上应是0～∞μ m，实际上， 与传热有关的波长大致在0.1～100μ m的范围内，其 中λ =0.38～0.76μ m的为可见光，λ ＜0.38μ m的为 紫外线，λ ＞0.76μ m的为红外线，这些射线称为热 射线。如图示出了整个电磁波谱，可以看出热射线 只占波谱的一部分。
即对固体和液体而言，吸收能力大的物体其反射 能力就小，反之亦然。
对于气体，热射线几乎不被反射，即ρ =0， 故有 1
说明吸收能力大的气体，其穿透能力就小，反之 亦然。
几种假想物理模型: 如果物体能够吸收外来投入辐射所有方向全波长 的辐射能，这时吸收比 α =1，我们称之为黑体；而 当反射比 ρ =1时，称之为镜体或白体，当透过比 τ =1时，称之为透热体。事实上，在自然界中，并不 存在绝对的黑体、白体和透热体，这是人们为了研究 的方便而采用的。 例如：煤烟、炭黑、粗糙的钢板等，对热射线的 吸收比在0.9～0.95以上，接近于黑体。而磨光的纯 金反射比ρ 接近0.98，近似于白体。纯净的空气对于 热射线基本上不吸收也不反射，认为是透热体。
（3）辐射换热与导热和对流换热的另一个不 同点在于导热量或对流换热量只和物体温度的一 次方之差成正比，而辐射换热量是与两个物体热 力学温度的四次方之差成正比，因此，两个物体 的温度差对于辐射换热量的影响更强烈。 （4）热辐射是一切物体的固有属性，只要温 度高于0K ,物体就一定向外发出辐射能量，当两 个温度不同的物体在一起时高温物体辐射的能量 大于低温物体辐射的能量，最终结果是高温物体 向低温物体传递了能量。即使两个物体温度相同， 辐射换热也仍在不断进行，只是处于热动平衡状 态，净辐射换热量为零。
对于某一波长射线，即单色射线上式 仍然成立。可表示为:
1
式中：
, ,
分别称为物体的
单色吸收比、单色反射比和单色透射比。
固体和液体由于分子排列紧密，只要稍具厚 度，它们就不允许热射线透过，即 τ =0 ，因此对 于固体和液体有
1
第三节 辐射力和有效辐射
一、 辐射力
物体在某一温度下向空间辐射能量的多少常用 辐射力来描述。 辐射力E 定义为物体在单位时间内单位表面积 向半球空间所有方向发射的全波长辐射能的总和,单 位为W/㎡。 单色辐射一波长λ 的辐射能,单位 为W/m3。根据定义,辐射力与单色辐射力之间的关系 dE 为 或 E
工程上，辐射物体 温度一般在 2000K以下，
热辐射主要集中于红外
线区域，辐射体温度不
同，辐射能量的强度不
同。
发光颜色与对应温度的关系
当物体温度不同时，虽然物体之间不相互接触， 却可以通过热射线的相互辐射和吸收，进行能量交换， 这一现象称为辐射换热。辐射换热具有如下特点： （1）辐射换热与导热和对流换热不同，发生辐射 换热时不需要存在任何形式的中间介质，即使在真空 中热辐射也可以进行。 （2）物体在辐射换热过程中，不仅有能量的转换， 而且还有能量形式的转化，即物体在辐射时，不断将 自己的热能转变为电磁波向外辐射，当电磁波射到其 它物体表面时即被吸收而转变为热能，导热和对流换 热均不存在能量形式的转换。
第二节
热辐射表面的一般性质
由于各种辐射线都是电磁波，因此可见 光和不可见光之间无本质区别，辐射线落到 表面上同样会发生反射、吸收和透射现象。
当辐射能量为G的热射线落到
物体表面时，Gα 部分被物体吸收，
Gρ 部分被物体反射,Gτ 部分则透过
物体，根据能量守恒原理有：
G= Gα +Gρ + Gτ
则
G G G 1 G G G
G G G , , G G G
定义 可得出
1
式中：α 为物体的吸收比，表示物体所吸收 的能量占投入辐射能量的份额；ρ 为物体的反 射比，表示物体所反射的能量占投入辐射能量 的份额；τ 为物体的透射比，表示物体所穿透 的能量占投入辐射能量的份额。
注意：有些物体对热射线的透过具有选择性，
例如玻璃对于波长λ ＞4μ m的红外线是不透明的,而 对于可见光和紫外线则是透热体。还应注意对热射线 而言的黑白概念是对整个热射线范围而言的，可见光 只是其中的一部分，因此对热射线而言的黑白概念与 日常的不同。对于工业高温下的热辐射来说,对射线 的吸收和反射有重大影响的是表面的粗糙程度,而不 是表面的颜色,例如白色表面和黑色表面对于工业高 温下的红外辐射几乎具有相同的吸收比。例如白雪的 吸收比高达0.985,近似于黑体。白布与黑布一样,吸 收比很高,它们辐射特性的区别仅表现在白布对太阳 辐射的吸收比很低,而黑布则相反。
第五章 热辐射基本概念 及基本定律
例 题 赏 析
内 容 精 粹
重 点 难 点
基 本 要 求
基本要求
1. 理解热辐射的本质，掌握热辐射的特点及 吸收比、反射比、穿透比、黑体、透明 体、灰体、漫射体、辐射力、有效辐射等 概念。 2. 掌握热辐射的基本定律及黑体辐射函数表 的应用。 3. 理解实际物体的辐射特性及其黑度、吸收 比的意义及确定方法。 4．掌握气体辐射的特点，了解太阳辐射和炉 内辐射的特点。
镜反射 漫反射 物体反射有镜面反射和漫反射两种情况，如 图所示。当反射表面非常平整光滑，则形成镜面 反射，这时将遵循几何光学规律，即入射角等于 反射角，此种物体称为镜体，当物体表面十分粗 糙，使得投入表面的辐射向不同方向反射出去， 并且反射辐射在各个方向上均匀分布时，则称为 漫反射。一般工程材料都形成漫反射。