工程热力学与传热学(中文) 第11章 辐射换热
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
热辐射的波长范围 理论上 ：0— 整个波谱； 日常生活, 工业上常见的温度范围内
：0.1— 100 µ m， 包括部分紫外线，可见光，部分红外线； 工业上常见温度范围T≤2000K时：
：0.76— 10 µ m
辐射换热（Radiation heat transfer）
发射，吸收 辐射能
T1
11-2-2 维恩位移定律
光谱辐射力为 Ebλ,max时，λｍ和 T 之间的关系。
推导
可得: 并且:
当温度不变时:
dEb 0
d
mT 2.8976103 2.9103 m K
Eb,max 1.106105T 5 W / m3
举例 计算温度分别为2000K 和5800K的黑体 与Ebλ,max对应的λｍ。
Eb : 0 ~~ Eb,max ~~ 0
1200 1000 800 700K 600 400
700K 600K
500K
λ一定时，
T , Eb , Eb
200
Eb 0 [W /(m2 m)]
400K
300K 2 4 6 8 10 102 14 16 18
/ m 黑体的光谱辐射力
随T的升高，Ebλ对应的波长λｍ向短波迁移。
立体角定义
r sind rd
dθ dA2 φ
dφ
dA2
2. 定向辐射强度（辐射强度）
物体单位时间单位可见辐射面积单位立体角
内发出的辐射能量。
L(,) d
n
W /(m2 sr)
dф
解：由维恩位移公式：
说明
T 2000K , T 5800K ,
m
2897.6 2000
1.45
m
m
2897.6 5800
0.5
m
工业上一般高温范围（2000K以下）时， 与Ebλ,max对应的λｍ位于红外线区段；
温度近于太阳表面温度（5800K）时， 与Ebλ,max对应的λｍ位于可见光区段。
GGG
G
G
物体对热辐射的 吸收，反射与透过
吸收比α(Absorptivity) 反射比ρ(Reflectivity) 透过比τ(Tranmissivity)
某一波长的投入辐射Gλ：
G G G G
1 G G
G G
G G
光谱吸收比α(Absorptivity)
光谱反射比ρ(Reflectivity)
所有方向发射波长λ到λ+dλ范围的辐射能， 称为该物体表面的辐射力。Eλ，W/m3
E 0 E d
对黑体辐射： Eb Eb
2. 普朗特定律 1900年，普朗特确定黑体辐射的光谱分布规律。
Eb
C15
C2
e T 1
Eb f (,T )
不同温度下黑体的光谱辐射力随波长的变化：
T一定时， : 0 ~ m ~
b(01 )
其中： Fb(0) 为黑体辐射函数（表11-1）
则波段内黑体辐射力：
Eb(12 ) [Fb(02 ) Fb(01) ]Eb
11-2-4 兰贝特定律
1. 立体角 A sr 球面度
r2
对整个半球：
A 2r2 2 sr
对微元立体角：
d
dA r2
sin dd
sr
n θ
dΩ r dA1
T1
Eb1
说明 高温和低温两种情况下，
黑体的辐射能力有明显的差别。
波段内黑体辐射力：
Eb 0 Eb d
实际问题： E E d b(12 )
2
1
b
引入辐射比 Fb(1 2 )
Eb
0
1
2
黑体波段内的辐射力
F b(12 )
E d 2
1
b
0 Eb d
1 0T
4
E d 2
1
b
F F b(02 )
11-2-3 斯忒藩-波耳兹曼定律
1879年斯忒藩（实验）,1884年波耳兹曼（理论） 确定了黑体的 Eb与 T的关系。
Eb 0T 4
Eb
式中: 0 – 黑体辐射常数
0 5.67108 W /(m2 K 4 ) 0
另一种形式:
T Eb
黑体的辐射力
Eb
C0
( T )4 100
W
/
m2
式中: C0 – 黑体辐射系数 C0 5.67 W /(m2 K 4)
普朗特定律，维恩位移定律， 斯忒藩-波耳兹曼定律，兰贝特定律。
11-2-1 普朗特定律
1. 辐射力和光谱辐射力
辐射力 (Emissive power) 单位时间单位面积物体表面向半球空间的所
有方向发射全部波长范围的辐射能的总量，称为 该物体表面的辐射力。E，W/m2
光谱辐射力 (Emissive power) 单位时间单位面积物体表面向半球空间的
q 1,net
q
2,net
T
2
两物体温度不同时，高温物体失去热量； 两物体温度相同时，辐射换热量为零。
11-1-1 吸收，反射和透过
1 吸收比，反射比和透过比
投入辐射G： 单位时间投射到单位面积物体表面上
全部波长范围内的辐射能。W/ｍ2
根据能量守恒：
G
G
G G G G
或： 1
G
G
G
11-1-2 黑体，镜体和绝对透明体
绝对黑体（黑体）： 1 镜体（白体）： 1 绝对透明体： 1
吸收，发射 辐射能能力最强
区别
黑体，白体不同于黑色物体，白色物体。
例如
白雪 ： 0.94 （接近黑体）； 白布，黑布吸收比基本相同； 玻璃可透过可见光，对红外线几乎不透过。
11—2 黑体辐射的基本定律
举例 计算黑体表面温度为27℃ 和627℃时 的辐射力 Eb。
解：黑体表面温度为27℃时：
Eb1
C0
( T1 )4 100
5.67(27 273)4 100
459W
Hale Waihona Puke Baidu
/
m2
黑体表面温度为627℃时：
分析
Eb2
C0
( T2 ) 100
4
5.67
(627 273)4 100
37.2 103
W
/
m2
T2 3, Eb2 81
工程热力学与传热学
传热学 第十一章 辐射换热
第十一章 辐射换热
内容要求
掌握热辐射的基本概念； 掌握黑体，黑体辐射的基本定律； 实际物体的辐射特性，基尔霍夫定律； 重点掌握角系数，辐射换热的计算方法 （黑体表面间，漫灰表面间的辐射换热）； 重点掌握遮热板原理。
11—1 热辐射的基本概念
热辐射： 物体由于受热而向外发射辐射能的现象。
光谱透过比τ(Tranmissivity)
2 不同物体表面的辐射特性
热辐射投射到固体，液体表面上： n
1 0
表面性
两种反射现象：
镜反射
镜反射 (Specular reflection) 漫反射 (Diffuse reflection)
热辐射投射到气体表面上：
漫反射
1 0
容积性
漫射表面： 漫反射和漫发射
：0.1— 100 µ m， 包括部分紫外线，可见光，部分红外线； 工业上常见温度范围T≤2000K时：
：0.76— 10 µ m
辐射换热（Radiation heat transfer）
发射，吸收 辐射能
T1
11-2-2 维恩位移定律
光谱辐射力为 Ebλ,max时，λｍ和 T 之间的关系。
推导
可得: 并且:
当温度不变时:
dEb 0
d
mT 2.8976103 2.9103 m K
Eb,max 1.106105T 5 W / m3
举例 计算温度分别为2000K 和5800K的黑体 与Ebλ,max对应的λｍ。
Eb : 0 ~~ Eb,max ~~ 0
1200 1000 800 700K 600 400
700K 600K
500K
λ一定时，
T , Eb , Eb
200
Eb 0 [W /(m2 m)]
400K
300K 2 4 6 8 10 102 14 16 18
/ m 黑体的光谱辐射力
随T的升高，Ebλ对应的波长λｍ向短波迁移。
立体角定义
r sind rd
dθ dA2 φ
dφ
dA2
2. 定向辐射强度（辐射强度）
物体单位时间单位可见辐射面积单位立体角
内发出的辐射能量。
L(,) d
n
W /(m2 sr)
dф
解：由维恩位移公式：
说明
T 2000K , T 5800K ,
m
2897.6 2000
1.45
m
m
2897.6 5800
0.5
m
工业上一般高温范围（2000K以下）时， 与Ebλ,max对应的λｍ位于红外线区段；
温度近于太阳表面温度（5800K）时， 与Ebλ,max对应的λｍ位于可见光区段。
GGG
G
G
物体对热辐射的 吸收，反射与透过
吸收比α(Absorptivity) 反射比ρ(Reflectivity) 透过比τ(Tranmissivity)
某一波长的投入辐射Gλ：
G G G G
1 G G
G G
G G
光谱吸收比α(Absorptivity)
光谱反射比ρ(Reflectivity)
所有方向发射波长λ到λ+dλ范围的辐射能， 称为该物体表面的辐射力。Eλ，W/m3
E 0 E d
对黑体辐射： Eb Eb
2. 普朗特定律 1900年，普朗特确定黑体辐射的光谱分布规律。
Eb
C15
C2
e T 1
Eb f (,T )
不同温度下黑体的光谱辐射力随波长的变化：
T一定时， : 0 ~ m ~
b(01 )
其中： Fb(0) 为黑体辐射函数（表11-1）
则波段内黑体辐射力：
Eb(12 ) [Fb(02 ) Fb(01) ]Eb
11-2-4 兰贝特定律
1. 立体角 A sr 球面度
r2
对整个半球：
A 2r2 2 sr
对微元立体角：
d
dA r2
sin dd
sr
n θ
dΩ r dA1
T1
Eb1
说明 高温和低温两种情况下，
黑体的辐射能力有明显的差别。
波段内黑体辐射力：
Eb 0 Eb d
实际问题： E E d b(12 )
2
1
b
引入辐射比 Fb(1 2 )
Eb
0
1
2
黑体波段内的辐射力
F b(12 )
E d 2
1
b
0 Eb d
1 0T
4
E d 2
1
b
F F b(02 )
11-2-3 斯忒藩-波耳兹曼定律
1879年斯忒藩（实验）,1884年波耳兹曼（理论） 确定了黑体的 Eb与 T的关系。
Eb 0T 4
Eb
式中: 0 – 黑体辐射常数
0 5.67108 W /(m2 K 4 ) 0
另一种形式:
T Eb
黑体的辐射力
Eb
C0
( T )4 100
W
/
m2
式中: C0 – 黑体辐射系数 C0 5.67 W /(m2 K 4)
普朗特定律，维恩位移定律， 斯忒藩-波耳兹曼定律，兰贝特定律。
11-2-1 普朗特定律
1. 辐射力和光谱辐射力
辐射力 (Emissive power) 单位时间单位面积物体表面向半球空间的所
有方向发射全部波长范围的辐射能的总量，称为 该物体表面的辐射力。E，W/m2
光谱辐射力 (Emissive power) 单位时间单位面积物体表面向半球空间的
q 1,net
q
2,net
T
2
两物体温度不同时，高温物体失去热量； 两物体温度相同时，辐射换热量为零。
11-1-1 吸收，反射和透过
1 吸收比，反射比和透过比
投入辐射G： 单位时间投射到单位面积物体表面上
全部波长范围内的辐射能。W/ｍ2
根据能量守恒：
G
G
G G G G
或： 1
G
G
G
11-1-2 黑体，镜体和绝对透明体
绝对黑体（黑体）： 1 镜体（白体）： 1 绝对透明体： 1
吸收，发射 辐射能能力最强
区别
黑体，白体不同于黑色物体，白色物体。
例如
白雪 ： 0.94 （接近黑体）； 白布，黑布吸收比基本相同； 玻璃可透过可见光，对红外线几乎不透过。
11—2 黑体辐射的基本定律
举例 计算黑体表面温度为27℃ 和627℃时 的辐射力 Eb。
解：黑体表面温度为27℃时：
Eb1
C0
( T1 )4 100
5.67(27 273)4 100
459W
Hale Waihona Puke Baidu
/
m2
黑体表面温度为627℃时：
分析
Eb2
C0
( T2 ) 100
4
5.67
(627 273)4 100
37.2 103
W
/
m2
T2 3, Eb2 81
工程热力学与传热学
传热学 第十一章 辐射换热
第十一章 辐射换热
内容要求
掌握热辐射的基本概念； 掌握黑体，黑体辐射的基本定律； 实际物体的辐射特性，基尔霍夫定律； 重点掌握角系数，辐射换热的计算方法 （黑体表面间，漫灰表面间的辐射换热）； 重点掌握遮热板原理。
11—1 热辐射的基本概念
热辐射： 物体由于受热而向外发射辐射能的现象。
光谱透过比τ(Tranmissivity)
2 不同物体表面的辐射特性
热辐射投射到固体，液体表面上： n
1 0
表面性
两种反射现象：
镜反射
镜反射 (Specular reflection) 漫反射 (Diffuse reflection)
热辐射投射到气体表面上：
漫反射
1 0
容积性
漫射表面： 漫反射和漫发射