辐射换热计算精品课件
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第八章--辐射换热PPT课件
（4）辐射能和温度有关。当温度较低时，可见光所 占分额很少（<800K无颜色变化），但随着T的升高， 所占分额有所升高，若是太阳辐射，辐射能在可见 光区所占分为很大。
21
一般情况下，T≤800K时，物体的颜色变化是 看不见的（无可见光），此时均在红外谱区。
加热金属，T↑，颜色将由从暗红色→鲜红色→桔红色→白炽色。（根据颜色的 变化，炉钢工人就能知道炉内的大体温度）
13
例如：雪，对太阳能辐射具有很好的反射能力，但对于其它的热射线，吸收率 非常高，可达0.98左右。
所以决定对射线的吸收和反射有重大影响的是物体的表面状况，而不是它的 颜色。（针对工程上遇到的温度）
14
第二节 黑体辐射
一、黑体模型
1. 黑体：
•能够全部吸收各种波长辐射能的物体，称黑体。黑体表面的辐射属于漫反射。
4
在 这一温度范围内 ，热射线波长在 0.38～ 100μm之间，可见光 0.38～ 0.76μm，比重不大，如果太阳辐射包括在内，则为0.1～100μm，按照不同 的波长范围，电磁波可分为许多区段，每个区段有相应的名称。
5
热辐射线组成：部分紫外线、可见光以及红外线。 从图中可以看出，热辐射线分布中，红外线占优。反过来说，在某一具体 热辐射中，热辐射不一定也是占优的（看温度大小）
2. 黑体的性质
a. 黑体能够吸收任何波长，任何方向的全部投射辐射。 b. 吸收能力最大的黑体也一定具有最大的辐射能力。 c. 黑体的吸收和辐射能力是温度和波长的函数。
16
二、几个定律 在介绍几个定律之前，先介绍二个基本概念
1. 全辐射力（辐射力）E（本身辐射） 物体在单位时间内单位表面积向周围的半球空间所有方向发射全部波长的辐
Eb
21
一般情况下，T≤800K时，物体的颜色变化是 看不见的（无可见光），此时均在红外谱区。
加热金属，T↑，颜色将由从暗红色→鲜红色→桔红色→白炽色。（根据颜色的 变化，炉钢工人就能知道炉内的大体温度）
13
例如：雪，对太阳能辐射具有很好的反射能力，但对于其它的热射线，吸收率 非常高，可达0.98左右。
所以决定对射线的吸收和反射有重大影响的是物体的表面状况，而不是它的 颜色。（针对工程上遇到的温度）
14
第二节 黑体辐射
一、黑体模型
1. 黑体：
•能够全部吸收各种波长辐射能的物体，称黑体。黑体表面的辐射属于漫反射。
4
在 这一温度范围内 ，热射线波长在 0.38～ 100μm之间，可见光 0.38～ 0.76μm，比重不大，如果太阳辐射包括在内，则为0.1～100μm，按照不同 的波长范围，电磁波可分为许多区段，每个区段有相应的名称。
5
热辐射线组成：部分紫外线、可见光以及红外线。 从图中可以看出，热辐射线分布中，红外线占优。反过来说，在某一具体 热辐射中，热辐射不一定也是占优的（看温度大小）
2. 黑体的性质
a. 黑体能够吸收任何波长，任何方向的全部投射辐射。 b. 吸收能力最大的黑体也一定具有最大的辐射能力。 c. 黑体的吸收和辐射能力是温度和波长的函数。
16
二、几个定律 在介绍几个定律之前，先介绍二个基本概念
1. 全辐射力（辐射力）E（本身辐射） 物体在单位时间内单位表面积向周围的半球空间所有方向发射全部波长的辐
Eb
第6章辐射换热PPT课件
辐射能投射到气体上时，情况与投射到固体 或液体上不同。气体对辐射能几乎没有反射 能力，可认为反射比， = 0，故有 +τ=1
气体对热射线的吸收和穿透是在空间中进行的， 其自身的辐射也是在空间中完成的。因此，气 体的热辐射是容积辐射。
第14页/共77页
由于不同物体的吸收比、反射比和透射比因具 体条件不同差别很大，给热辐射的计算带来很 大困难。为了使问题简化，我们定义了一些理 想物体。 对于透射比τ=1的物体称为透明体。
Ebλ T1
T2 T3 T4
T5
0
λ
黑体单色辐射力随波长和温度变化
第30页/共77页
Eb 最 大 处 的 波 长 m 也 随 温 度 不 同 而 变
化m K 2.9103m K
可见m与T成反比，T越高， 则m越小，这一规律为维恩 （Wien）位移定律，历史上 先发现的是维恩位移定律。
图中给出了在温度为参变量下的单色辐射力随 波长变化的一组曲线。单色辐射力随着波长的 增加而增加，达到某一最大值后又随着波长的 增加而慢慢减小。
在同一波长下黑体温度 E 越高，对应的单色辐射 力越大。
T1 T1>T2
T2
d
第28页/共77页
第29页/共77页
• ② 维恩定律
随着温度的升高黑体辐射能的分布在向波长短 的方向集中，也就是高温辐射中短波热射线含 量大而长波热射线含量相对少。
h(V /
A)
a
(V / A)2
BiV FoV
Fov 是傅立叶数
第3页/共77页
•将一个直径12mm加热到1150K, 然 后慢慢冷却到400K进行褪火, 冷 却过程在周围空气中进行, 空气 温度为325K, h=20W/(m2K). 假定 钢的特性系数k=40W/(m*K), =7800kg/m3, c=600J/kg*K, 求 冷却过程所需要的时间?
气体对热射线的吸收和穿透是在空间中进行的， 其自身的辐射也是在空间中完成的。因此，气 体的热辐射是容积辐射。
第14页/共77页
由于不同物体的吸收比、反射比和透射比因具 体条件不同差别很大，给热辐射的计算带来很 大困难。为了使问题简化，我们定义了一些理 想物体。 对于透射比τ=1的物体称为透明体。
Ebλ T1
T2 T3 T4
T5
0
λ
黑体单色辐射力随波长和温度变化
第30页/共77页
Eb 最 大 处 的 波 长 m 也 随 温 度 不 同 而 变
化m K 2.9103m K
可见m与T成反比，T越高， 则m越小，这一规律为维恩 （Wien）位移定律，历史上 先发现的是维恩位移定律。
图中给出了在温度为参变量下的单色辐射力随 波长变化的一组曲线。单色辐射力随着波长的 增加而增加，达到某一最大值后又随着波长的 增加而慢慢减小。
在同一波长下黑体温度 E 越高，对应的单色辐射 力越大。
T1 T1>T2
T2
d
第28页/共77页
第29页/共77页
• ② 维恩定律
随着温度的升高黑体辐射能的分布在向波长短 的方向集中，也就是高温辐射中短波热射线含 量大而长波热射线含量相对少。
h(V /
A)
a
(V / A)2
BiV FoV
Fov 是傅立叶数
第3页/共77页
•将一个直径12mm加热到1150K, 然 后慢慢冷却到400K进行褪火, 冷 却过程在周围空气中进行, 空气 温度为325K, h=20W/(m2K). 假定 钢的特性系数k=40W/(m*K), =7800kg/m3, c=600J/kg*K, 求 冷却过程所需要的时间?
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
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
传热学课件第六章辐射换热计算
X 1,3
A1 A3 A2 2 A1
X 2,1
A2
A1 A3 2 A2
X 2,3
A2
A3 A1 2 A2
X 3,1
A3 A1 A2 2 A3
X 3,2
A3
A2 2 A3
A1
3．查曲线图法
利用已知几何关系的角系数，确定
其它几何关系的角系数。 例：如图，确定X1,2 由相互垂直且具有公共边的长方形表面
• 若A2和A3的温度相等，则有
J2A2X2，1＋J2A3X3，1 =J2 A2+3X(2+3)，1 角系数的可加性
即 A2+3X(2+3)，1＝A2X2，1＋A3X3，1
利用角系数的可加性，应注意只有对角系数
符号中第二个角码是可加的。
• 三、角系数的确定方法
角系数的确定方法很多，从角系数的定义直 接求解法、查曲线图法、代数分析法和几何图形 法，这里主要介绍定义直求法和代数分析法。
一、表面辐射热阻
对于任一表面A，其本身辐射为E=ε Eb， 投射辐射为G，吸收的辐射能为α G。向外 界发出的辐射能为
J E G Eb 1 G （a）
因此，表面A的净热流密度为
q ＝ J－G
（b）
对于灰体表面α ＝ε ，联解（a）和（b），
消去G得
q
Eb J
1
第六章 辐射换热计算
例内 重 基 题容 点 本 赏精 难 要 析粹 点 求
基本要求
1.掌握角系数的意义、性质及确定方法。 2.掌握有效辐射的确定方法。 3.熟练掌握简单几何条件下透热介质漫灰
面间辐射换热的计算方法。 4.掌握遮热板的原理及其应用
《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
《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
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净辐射换热量：
最新 PPT
3
A1与A2间的净辐射换热量：
角系数
X dA1 ,dA2
由dA1发出的落到 dA2上的辐射能 由dA1发出的辐射能
A2
n1
r
1
2
dA2
2
n2
1
dA1
A1
任意位置的两表面间的 辐射换热
最新 PPT
4
A1与A2间的净辐射换热量：
A1对A2的角系数：
A2
n1
r
1
2
dA2
2
n2
T1>T2
辐射空间热阻
Eb1
Eb 2
(geometric resistance，或形状热阻) • 取决于表面间的几何关系 • 表面积或角系数越小，空间热阻越大。
特例：无限长平行黑体平壁
11 X1,2 A1 X 2,1 A2
热阻网络图
1,2
(Eb1
Eb2 ) A
Cb[(1T0最10新)
4
PPT
( T2 )4 100
两个特例 ① 有一个表面为黑体。
• 黑体的表面热阻为零
• J3 ＝Eb3 ，Φ3=-（Φ1最+新 PΦPT2）
20
② 有一个表面绝热，即该表面的净换热量为零。
特点： •Φ3＝0，J3＝Eb3＝σT4 •不与电源相连
与黑表面的区别：
• 黑表面温度不随其他表面改变， 净热量不一定为0；
• 绝热面净热量为0，温度随其他 表面状况改变。例如书P236
A1 A2
1
2
1
A1X1,2 (Eb1 Eb2 )
1
X1,2
1
1
1
X 2,1
1
2
1
比较两黑体间辐射换热：
s A1X1,2 (Eb1 Eb2 )
1,2 (Eb1 Eb2 ) X1,2 A1
系统发射率 (或称为系统黑度)
•灰表面发射率小于1，引起多次吸收、反射
•数值小于1
s
辐射状况而改变 • 例如：加热炉中的反射拱，绝热，
作用为改变辐射线方向
反射拱
辐射面
吸热面
画热阻网络图
书P最2新29P例PT9-1
三个黑表面组成的封闭空腔 8
重辐射面-----即两重性 从温度上看，可以将其视为黑体； 从能量上看，可以将其当作反射率为1的表面。
所以重辐射表面是在一定条件下的黑体或白体。 因为重辐射面的温度与其它表面的温度不同，
解：从加热炉的侧壁与底面通过顶部开口散失 到厂房中的辐射热量几乎全被厂房中物体吸收， 返回到炉中的比例几乎为零。因此，可以把炉 顶看成是一个温度为环境温度的黑体表。面加 热炉散失到厂房中的辐射能即为
2,3 1,3
A2 X 23 Eb2 Eb3 A1 X13 Eb1 Eb3
据角系数图， r2 l 0.375 /1.5 0.25,l / r1 1.5/ 0.375 4,得
1
X1,2
1
1最新
1 PPT
X 2,1
1
2
1
14
三种特殊情形
(1) 表面1为凸面或平面，此时，X1,2＝1，于是
1,2
A1(Eb1 Eb2 )
1
1
A1 A2
1
2
1
s
A1
5.67 T1 100
4
T2 100
4
其中系统发射率为：
实例： 暖器、管道与房间
s
1
X1,2
22
二、数值解法
表面个数多时，网络法计算繁琐，可采用数值解法
例：四个表面
Eb1 J1 1 1
J2
1
J1
J3
1
J1
J4
1
J1
0
1A1 A1X1,2 A1X1,3 A1X1,4
Eb2 J1 12
J1
1
J2
J3
1
J2
J4
1
J2
0
2 A2 A2 X 2,1 A2 X 2,3 A2 X 2.4
最新 PPT
25
例题 液氧储存容器为双壁镀银的夹层结构，外壁内表面温度 tw1=20℃，内壁外表面温度tw2=-183℃，镀银壁的发射率 ε=0.02,试计算由于辐射传热每单位面积容器壁的散热量。
解： Tw1 tw1 273K 20 273K
Tw2 tw2 273K 183 273K 90K
因容器夹层的间隙很小，可认为属于无 限大平行表面间的辐射传热问题。
q1,2
c0
1T0w01 1
4
1
Tw2 100
1
4
5.67W
m2 K 4 2.93K 4 0.9K 4
1 1 1
1 2
0.02 0.02
4.18W m2
最新 PPT
26
例题 一根直径d=50mm，长度l=8m的钢管，被置于横断面为 0.2 m0.2m 的砖槽道内。若钢管温度和发射率分别为
1,2
A1(Eb1 Eb2 ) 1 1 1
A1
5.67
T1 100
4
T2 100
1 1 1
4
1 2
1 2
A1 A2
s A b (T 4 T 4 )
s
1
1
1
1
2
1
最新 PPT
实例： •平行平面 •暖水瓶
17
三、 多个灰表面系统辐射换热的计算 1、网络法
使用条件：漫灰面、等温、物性均匀以及投射辐射均匀 三个灰表面组成封闭空腔
]A
6
X1,2 1
二、封闭空腔黑表面间的辐射传热
空腔法：以实际或假想表面组成封闭空腔 表面i 与其它黑表面间的净辐射换热量：
角系数的完整性：
Xi, j Xi,1 ...... Xi,n 1
i表面的净辐射换热量=i黑表面发射的-其他黑表面向i投出的
最新 PPT
7
画热阻网络图：
三个黑表面
若:其中表面3绝热 • Φ3=0 • 也称为重辐射面 • E3 为浮动电位，其温度随其他表面
Eb3 J3 1 3
J1
1
J3
J2
1
J3
J4
1
J3
0
3 A3 A3 X 3,1 A3 X3,2 A3 X 3,4
Eb4 J4 14
J1 J4 1
J2
1
J4
J3
1
J4
0
4 A4 A4 X 4,1 A4 X 4,2 A4 X 4,3
最新 PPT
23
Eb4 J4
14
J1 J4 1
J2
所以重辐射面的存在改变了辐射能的方向分布。重 辐射面的几何形状、尺寸及相对位置将影响整个系 统的辐射换热。
反射拱
辐射面
吸热面
最新 PPT
9
§9-2 灰表面间的辐射换热
T1 黑体
一、有效辐射
指：单位时间内离开灰表面单位面积的总辐射能， J， W/m2
• 自身发射辐射E
• 投入辐射 G 被反射辐射的部分ρ
1
dA1
A1
任意位置的两表面间的 辐射换热
角系数是一个几何量，只取决于表面的形状、大小和相对 位置，与物体的辐射能力无关。
同理，A2对A1的角系数：
角系数的互换性
净辐射换热量：
最新 PPT
5
净辐射换热量：
1,2
Eb1 Eb2 1
Cb
[( T1 100
)4
( T2 )4 100
]
1Leabharlann X1,2 A1X1,2 A1
t1=250℃，ε1= 0.79砖槽壁面温度和发射率分别为t2=250℃，
ε2=0.93，试计算该钢管的辐射热损失。
解：因表面1非凹，可直接应用式(8-15)计算钢管的辐射热损失
A1C0
T1 100
4
T2 100
4
1
1
A1 A2
1
2
1
3.14 0.05m8m5.67W
m2
K4
523K 100
T1
q E1 1G1
联立消去G1，得J与表面净辐射换热量的关系:
J
E
1
q
Eb
(1
1)q
灰表面1的净辐射换热量:
Eb J
1
A最新 PPT 表面热阻
11
Surface resistance
二、两灰表面组成的封闭腔的辐射换热
两个等温漫灰表面封闭系统的辐射网络图：
Eb1
J1
J2
Eb 2
1 1 1 A1
X 3,2J2
1
1
3
J 3
X 3,4J4
3Eb3 3 1
X 4,1J1
X 4,2J2
X 4,3J3
1
1 4
J4
4 Eb 4 4 1
以上4式可统一写成
(参考 书P237)
4
Ji iTi4 1 i J j X i, j
数值求解
j 1
最新 PPT
24
表面再多，如此很难处理。这时可用公式与计算机结合 N个表面构成的封闭系统，则第I个表面的有效辐射
辐射换热计算
Calculation of Radiation Heat Transfer
最新 PPT
1
预备知识
物体的辐射和吸收特性
本章主要介绍
物体间辐射换热的计算方法，包括： 1. 两个和多个表面所组成系统的辐射换热计算 2. 辐射换热中重要的几何因子—角系数 3. 烟气的辐射特性及其与壳体间的辐射换热计算 4. 辐射的强化与削弱 5. 太阳辐射简介