工程热力学与传热学(中文) 第11章 辐射换热
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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
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
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。
工程热力学与传热学第十一章
4 4
在温度T2=627℃时，其辐射力
T2 627 273 2 Eb2 C0 5.67 37.2 W / m 100 100
T Eb C0 100
4
(11 6)
【例11-2】把一黑体表面置于室温为27℃的房间中，
问在热平衡条件下黑体表面的辐射力是多少?若将
黑体加热到627℃，其辐射力又为多少?
解：在热平稳条件下黑体温度与室温相同。此 时其辐射力为
T 27 273 2 Eb1 C0 1 5.67 459 W / m 100 100
max T为6000K时，
热辐射的基本定律
2.斯蒂芬——玻耳兹曼定律 在计算辐射换热时，我们更关心的是黑体的辐 射力 Eb 与温度 T 的关系，即 Eb=f(T) ，由式 (11-2) 和 式 (11-3) 及图 11-3 可见， Eb 即为能量分布曲线与横 坐标所包围的面积，即
Eb
0
物体对热辐射能的吸收、反射和穿透
由此可见:若物体的吸收能力大，则其反射本领 就小，由于此类物体的吸收和反射均系在其表面 进行，故其表面状况对它们的有关特性影响甚大。 气体的情况则有别于此，因气体对辐射能几乎 没有反射能力，可认为ρ=0，此时 α+τ=1 显然，吸收性好的气体，其透射性就差，同时， 气体的辐射和吸收是在整个气体容积中进行的， 这一点和固、液体也不相同。
E C1 5 e
C2 T
(W / m 2 )
(11 3)
1
式中:
λ——波长，m T——黑体的热力学温度，K C1——常数，其值为3.743×10-16W· m2 C2——常数，其值为1.4387×10-2W· K
在温度T2=627℃时，其辐射力
T2 627 273 2 Eb2 C0 5.67 37.2 W / m 100 100
T Eb C0 100
4
(11 6)
【例11-2】把一黑体表面置于室温为27℃的房间中，
问在热平衡条件下黑体表面的辐射力是多少?若将
黑体加热到627℃，其辐射力又为多少?
解：在热平稳条件下黑体温度与室温相同。此 时其辐射力为
T 27 273 2 Eb1 C0 1 5.67 459 W / m 100 100
max T为6000K时，
热辐射的基本定律
2.斯蒂芬——玻耳兹曼定律 在计算辐射换热时，我们更关心的是黑体的辐 射力 Eb 与温度 T 的关系，即 Eb=f(T) ，由式 (11-2) 和 式 (11-3) 及图 11-3 可见， Eb 即为能量分布曲线与横 坐标所包围的面积，即
Eb
0
物体对热辐射能的吸收、反射和穿透
由此可见:若物体的吸收能力大，则其反射本领 就小，由于此类物体的吸收和反射均系在其表面 进行，故其表面状况对它们的有关特性影响甚大。 气体的情况则有别于此，因气体对辐射能几乎 没有反射能力，可认为ρ=0，此时 α+τ=1 显然，吸收性好的气体，其透射性就差，同时， 气体的辐射和吸收是在整个气体容积中进行的， 这一点和固、液体也不相同。
E C1 5 e
C2 T
(W / m 2 )
(11 3)
1
式中:
λ——波长，m T——黑体的热力学温度，K C1——常数，其值为3.743×10-16W· m2 C2——常数，其值为1.4387×10-2W· K
《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
热力学第十一章
G G
G G
光谱透射比
光谱反射比
1 , , 与 , , 的关系：
0
G d
0
G d
0
G d
0
G d
0
G d
0
G d
辐射力
辐射力：在单位时间内，每单位面积表面向半球空 间发射的全部波长的辐射能，用E表示，单位为W/m2。 光谱辐射力： 在 ~ d 波长范围内单位波长的辐 射力，用E表示，单位为W/m3。 辐射力与光谱辐射力之间的关系
E E d
0
定向辐射力：在单位时间内，单位面积表面向某方 向发射的单位立体角内的辐射能 ， 用E 表示，单位为 W/(m2sr)。
在辐射分析中，把光谱辐射特性(、 、 、 ） 与波长无关的物体称为灰体。 热辐射分析中最重要的简化假设
3. 基尔霍夫（G.R.Kirchhoff）定律
基尔霍夫定律揭示了物体吸收辐射能的能力与发 射辐射能的能力之间的关系，其表达式为
, , T , , T
1. 实际物体的发射特性 E 发射率（黑度）： Eb
发射率反映了物体发射辐射能的能力的大小。
E 光谱发射率（光谱黑度）： Eb
发射率与光谱发射率之间的关系为 0 Eb d Eb 对于灰体，＝常数，
0
Eb d
Eb
实际物体的光谱辐射力随波长的变化规律不同于黑 体和灰体，实际物体的光谱发射率是波长的函数。 在工程计算中，实际物 体的辐射力可以由下式计算 ：
工程热力学习题 第十一章 辐射换热
工程热力学与传热学第十一章辐射换热习题1.何谓黑体，灰体？引入黑体，灰体的概念对热辐射理论及辐射换热计算有何意义？2.何谓发射率(黑度)，吸收比？写出其定义式。
3.何谓辐射力，辐射强度，有效辐射？4.何谓光谱辐射力？写出它与辐射力之间的关系式。
5.何谓漫发射表面？漫发射表面的辐射力与辐射强度有何关系？6.简述普朗特定律，维恩位移定律的主要内容。
7.请写出斯沁藩-玻耳兹曼定律的表达式。
8.简述基尔霍夫定律的主要内容，写出表达式，说明其适用条件。
9.有人说：“颜色愈黑的物体发射率愈大”。
正确吗？为什么？10.太阳能集热器表面一般涂黑色，以加强对太阳辐射的吸收，是否可以将暖气片表面涂成黑色来增加其辐射散热量？11.何谓角系数？角系数是物理量还是几何量？12.何谓角系数的相对性，完整性和可加性？试用表达式加以说明。
13.绘出3个灰体表面组成的封闭空腔的辐射换热网络，并说明什么是表面辐射热阻，空间辐射热阻？14.简述遮热板的原理。
15.何谓大气“温室效应” ？为什么减少CCh的排放就可以降低温室效应？16.发射率分别为0.3和0.5的两个大平行平板，其温度分别维持在800 °C和370C,在它们之间放置一个两面发射率均为0.05的辐射遮热板。
试计算：(1)没有辐射遮热板时，单位面积的辐射换热量是多少？(2)有辐射遮热板时，单位面积的辐射换热量是多少？(3)辐射遮热板的温度。
习题课有效辐射的计算17.两块平行放置的平板表面发射率均为0.6,其板间距远小于板的宽度和高度，且两表面温度分别为圮427 °C, t2=27 °C。
试计算：(1)板1的自身辐射；(2)对板1的投入辐射；(3)板1的反射辐射；(4)板1的有效辐射；（5）板2的有效辐射；（6）板1, 2间的辐射换热量。
18.两块平行放置的钢板之间的距离与其长和宽相比，可以忽略不计，己知它们的温度和发射率分别为tL427 °C, &二27 °C,八二八二0.8。
热工基础 11 第十一章 辐射换热
（2）如物体的吸收率和发射率与温度有关，则 二者只有处于同一温度下的值才能相等； （3）投射辐射源必须是同温度下的黑体。
Fundamentals of thermal engin
辐射换热的计算方法
表面间的辐射换热与表面几何形状、大小和各表 面的相对位置等几个因素均有关系，这种因素常用角 系数来考虑。角系数的概念是随着固体表面辐射换热 计算的出现与发展，于20世纪20年代提出的，它有很 多名称，如形状因子、可视因子、交换系数等等， 但叫得最多的是角系数。值得注意的是，角系数只对 漫射面(既漫辐射又漫发射)、表面的发射辐射和投射 辐射均匀的情况下适用。
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。
Fundamentals of thermal engineering
热
工
基
础
11-4
辐射换热的计算方法
2. 角系数性质 （1） 相对性
A1 X1,2 A2 X 2,1
（2） 完整性 对于有n个表面组成的封闭系统， 据能量守恒可得：
X1,1 X1, 2 X1,3 X1, n X1,i 1
E 发射率（黑度）： Eb
发射率反映了物体发射辐射能的能力的大小。
光谱发射率（光谱黑度）：
E Eb
发射率与光谱发射率之间的关系为
Fundamentals of thermal engineering
热 工
基
0
Eb d
Eb
础
11-3 实际物体的辐射特性，基尔霍夫定律
对于灰体，＝常数
Eb d
0
Eb
光谱辐射力随波长的变化
《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。
工程热力学与传热学(英文) 第11章 辐射换热
nonblackbodies Radiation shields
11-1 Basic Conceptions of Radiation
Heat Transfer（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。 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
1
A perfect emitter and absorber of radiation 吸收,发射辐射能能力最强
distinction Example
A distinction should be made between the idealized blackbody and an ordinary black surface. 黑体，白体不同于黑色物体，白色物体
G G G G or 1 G G G
GGG
G
G
G G
物体对热辐射的 吸收，反射与透过
• Absorptivity α（吸收比） • Reflectivity ρ（反射比） • Transmissivity τ（透过比）
如果投入辐射是某一波长的辐射能Gλ （光谱投入辐射）
• 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 Blackbody Radiation
（黑体辐射的基本定律）
• Planck’s Law（普朗特定律） • Wien’s displacement law（维恩位移定律） • Stefan- Boltzmann law（斯忒藩-波耳兹曼定律） • Lambert‘s law（兰贝特定律）
In 1900, by Max Planck. The law of the spectral blackbody emissive power （黑体辐射的光谱分布规律）
11-1 Basic Conceptions of Radiation
Heat Transfer（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。 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
1
A perfect emitter and absorber of radiation 吸收,发射辐射能能力最强
distinction Example
A distinction should be made between the idealized blackbody and an ordinary black surface. 黑体，白体不同于黑色物体，白色物体
G G G G or 1 G G G
GGG
G
G
G G
物体对热辐射的 吸收，反射与透过
• Absorptivity α（吸收比） • Reflectivity ρ（反射比） • Transmissivity τ（透过比）
如果投入辐射是某一波长的辐射能Gλ （光谱投入辐射）
• 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 Blackbody Radiation
（黑体辐射的基本定律）
• Planck’s Law（普朗特定律） • Wien’s displacement law（维恩位移定律） • Stefan- Boltzmann law（斯忒藩-波耳兹曼定律） • Lambert‘s law（兰贝特定律）
In 1900, by Max Planck. The law of the spectral blackbody emissive power （黑体辐射的光谱分布规律）
工程热力学与传热学：第十一章 辐射换热
2. 物体的光谱发射率（光谱黑度）
E Eb
E
Eb
C0
(T 100
)4
因此：
0 Ebd Eb
3. 影响发射率的因素
✓ 物体的种类； ✓ 物体的表面温度； ✓ 物体的表面状况。
只取决于物 体自身特性
实验测定
例如
✓ 种类： 常温下，白色大理石0.95， 镀锌铁皮0.23；
✓ 温度： 氧化的铝表面50℃，ε=0.2， 500℃，ε=0.3；
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。
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:
当温度不变时:
dEb 0
d
mT 2.8976 10 3 2.910 3
mK
举例 计算温度分别为2000K 和5800K的黑体 与Ebλ,max对应的λｍ。
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
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
工程热力学与传热学-§11-5 遮热板原理
为44 K。可见，加遮热罩后，相对测温误差由未加遮热罩的 14.4%降低到4.4% 。
抽气式热电偶：遮热罩做成抽气式，以便强化燃气与热
电偶之间的对流换热，提高表面传热系数h。
4
5
辐射换热量减少为原来的1/2，即
121
1 2
12
2
§11-5 遮热板原理
如果加n层同样的遮热板，则辐射热阻将 增大n倍，辐射换热量将减少为：
12n
n
1
112
遮热板通常采用表面发射率小、表面辐射热阻大的材料，
如表面高度抛光的薄铝板，同时在多层遮热板中间抽真空，
加大导热和对流换热热阻。
测温误差可达144 K。
给热电偶端部加一个表面发射率为 3=0.2的遮热罩3，
热电偶端点的热平衡表达式：
hTf T1 1 T14 T34
遮热罩的热平衡表达式：
2hTf T3 3 T34 T24
联立求解以上两式，可求得测温误差 Tf T1 ，结果
遮热板在测温技术中的应用
热电偶测温：热电偶热平衡：
Hale Waihona Puke AhTf T1 A1 T14 T24
误差：Tf T1 1
T14 T24 h
误差和辐射换热量成正比，与 h成反比。
3
§11-5 遮热板原理
当Tf =1 000 K、T2=800 K、 1=0.8、h =40 W/(m2K)时，
§11-5 遮热板原理
§11-5 遮热板原理
遮热板的主要作用就是削弱辐射换热。下面以两块靠得 很近的大平壁间的辐射换热为例来说明遮热板的工作原理。
没有遮热板时，两块 平壁间的辐射换热有2个表 面辐射热阻、1个空间辐射 热阻。
抽气式热电偶：遮热罩做成抽气式，以便强化燃气与热
电偶之间的对流换热，提高表面传热系数h。
4
5
辐射换热量减少为原来的1/2，即
121
1 2
12
2
§11-5 遮热板原理
如果加n层同样的遮热板，则辐射热阻将 增大n倍，辐射换热量将减少为：
12n
n
1
112
遮热板通常采用表面发射率小、表面辐射热阻大的材料，
如表面高度抛光的薄铝板，同时在多层遮热板中间抽真空，
加大导热和对流换热热阻。
测温误差可达144 K。
给热电偶端部加一个表面发射率为 3=0.2的遮热罩3，
热电偶端点的热平衡表达式：
hTf T1 1 T14 T34
遮热罩的热平衡表达式：
2hTf T3 3 T34 T24
联立求解以上两式，可求得测温误差 Tf T1 ，结果
遮热板在测温技术中的应用
热电偶测温：热电偶热平衡：
Hale Waihona Puke AhTf T1 A1 T14 T24
误差：Tf T1 1
T14 T24 h
误差和辐射换热量成正比，与 h成反比。
3
§11-5 遮热板原理
当Tf =1 000 K、T2=800 K、 1=0.8、h =40 W/(m2K)时，
§11-5 遮热板原理
§11-5 遮热板原理
遮热板的主要作用就是削弱辐射换热。下面以两块靠得 很近的大平壁间的辐射换热为例来说明遮热板的工作原理。
没有遮热板时，两块 平壁间的辐射换热有2个表 面辐射热阻、1个空间辐射 热阻。
热工基础 第11章 辐射换热
立体角即为某一方向的空间占总空间的大小。
§11.1.4 定向辐射强度
立体角定义：球面面积除以球半径的平方， 单位：sr(球面度)
c r2
dAc rd r sin d
d
dAc r2
sin d d
称为经度角， 称为纬度角（方位角）
§11.1.4 定向辐射强度
定向辐射强度I 定义：
单位时间内、单位可见辐射面积向（ ， ）
辐射力从总体上表征物体发射辐射能本领的大小。 在热辐射的整个波谱内不同波长发出的辐射能是 不同的，如图，每条曲线下的面积表示相应温度 下黑体的辐射力。
§11.1.4 辐射力和光谱辐射力
光谱辐射力 E λ ： 单位时间内，单位波长范围内 ( 包含某一给定波长 ) ，物体的单
位表面积向半球空间发射的能量。单位：W
§11.2.2 Stefan-Boltzmann 定律
Eb
0
Eb
d
0
e
c
2
c15
(T )
1
d
T 4
Eb
C0
(T 100
)4
式中， σ= 5.67×10-8 w/(m2K4)，是Stefan-Boltzmann常 数。
外界投射到物体表面的总能量φ中被物体反射的部分Qρ与Q的比值。 当ρ＝1时称绝对白体。 穿透比τ：
外界投射到物体表面的总能量φ中被物体穿透的部分Qτ与Q的比值。
当τ＝1时称绝对透明体。
由能量守恒定律：α＋ρ＋τ＝1
黑体、镜体(或白体)和透明体都是假定的理想物体。
§11.1.2 吸收比、反射比、穿透比
第11章 辐射换热
第11章 辐射换热
一、基本内容： 1、热辐射的基本概念及黑体辐射三大定律； 2、实际物体的辐射及吸收特性； 3、辐射换热的基耳霍夫定律。
§11.1.4 定向辐射强度
立体角定义：球面面积除以球半径的平方， 单位：sr(球面度)
c r2
dAc rd r sin d
d
dAc r2
sin d d
称为经度角， 称为纬度角（方位角）
§11.1.4 定向辐射强度
定向辐射强度I 定义：
单位时间内、单位可见辐射面积向（ ， ）
辐射力从总体上表征物体发射辐射能本领的大小。 在热辐射的整个波谱内不同波长发出的辐射能是 不同的，如图，每条曲线下的面积表示相应温度 下黑体的辐射力。
§11.1.4 辐射力和光谱辐射力
光谱辐射力 E λ ： 单位时间内，单位波长范围内 ( 包含某一给定波长 ) ，物体的单
位表面积向半球空间发射的能量。单位：W
§11.2.2 Stefan-Boltzmann 定律
Eb
0
Eb
d
0
e
c
2
c15
(T )
1
d
T 4
Eb
C0
(T 100
)4
式中， σ= 5.67×10-8 w/(m2K4)，是Stefan-Boltzmann常 数。
外界投射到物体表面的总能量φ中被物体反射的部分Qρ与Q的比值。 当ρ＝1时称绝对白体。 穿透比τ：
外界投射到物体表面的总能量φ中被物体穿透的部分Qτ与Q的比值。
当τ＝1时称绝对透明体。
由能量守恒定律：α＋ρ＋τ＝1
黑体、镜体(或白体)和透明体都是假定的理想物体。
§11.1.2 吸收比、反射比、穿透比
第11章 辐射换热
第11章 辐射换热
一、基本内容： 1、热辐射的基本概念及黑体辐射三大定律； 2、实际物体的辐射及吸收特性； 3、辐射换热的基耳霍夫定律。
《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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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 ~
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
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
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。
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)
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
/
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
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
11-1-2 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
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。
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
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)
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
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 )
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。
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。
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 ~
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
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
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。
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)
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
/
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
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
11-1-2 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
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。
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
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)
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
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 )
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。
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。