传热学第五章热辐射的基本概念及基本定律
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第五章-热量传输的研究内容及基本定律
Solid T1 radiation vacuum
Surroundings T2
2、辐射换热的特点
● 不需要冷热物体的直接接触；即：不需要介质 的存在，在真空中就可以传递能量 ● 在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换: 物体内能--电磁波能--物体内能 ● 无论温度高低，物体都在不停地相互发射，吸 收电磁波能、相互辐射能量；高温物体辐射给低温 物体的能量大于低温物体辐射给高温物体的量； 总的结果是热由高温传到低温。
5、实际问题的换热过程当中，可能有几个换热环节，在同一个 换热环节中可能同时存在两种或三种换热方式。
高温烟气
去蒸发器热面
省煤器
锅炉补给水
蒸汽 冷却水出
？
冷却水进 凝结液
(a) 冷凝器
谢 谢！
重返大气层飞行器热力耦合分析
热传导分析得到的温度场
Mises应力
微电子领域 电 子 芯 片 冷 却 、 纳 米 器 件 、 装 置 温 度 控 制
电子系统的温度控制对于使用可靠性至关重要
5-2 热量传递的三种基本方式
热量传递基本方式：热传导、热对流、热辐射 一、热传导(导热) (Heat conduction)
2 500～35 000 5 000～25 000
三、热辐射（ Thermal radiation ）
1、定义： 辐射：物体通过电磁波来传递能量的方式称为 热辐射：由于热的原因而向外发射辐射能的现象 温度大于绝对温度零度的物体都具有辐射能力， 物体的温度越高、辐射能力越强； 物体的种类不同、表面状况不同， 其辐射能力不同。 辐射换热（ Radiation heat transfer ） ： 物体间靠热辐射进行的 热量传递
•对流换热：既有热对流，也有导热 ； 不是基本传热方式 •对流换热实例： 1) 暖气管道; 2) 电子器件冷却
Surroundings T2
2、辐射换热的特点
● 不需要冷热物体的直接接触；即：不需要介质 的存在，在真空中就可以传递能量 ● 在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换: 物体内能--电磁波能--物体内能 ● 无论温度高低，物体都在不停地相互发射，吸 收电磁波能、相互辐射能量；高温物体辐射给低温 物体的能量大于低温物体辐射给高温物体的量； 总的结果是热由高温传到低温。
5、实际问题的换热过程当中，可能有几个换热环节，在同一个 换热环节中可能同时存在两种或三种换热方式。
高温烟气
去蒸发器热面
省煤器
锅炉补给水
蒸汽 冷却水出
？
冷却水进 凝结液
(a) 冷凝器
谢 谢！
重返大气层飞行器热力耦合分析
热传导分析得到的温度场
Mises应力
微电子领域 电 子 芯 片 冷 却 、 纳 米 器 件 、 装 置 温 度 控 制
电子系统的温度控制对于使用可靠性至关重要
5-2 热量传递的三种基本方式
热量传递基本方式：热传导、热对流、热辐射 一、热传导(导热) (Heat conduction)
2 500～35 000 5 000～25 000
三、热辐射（ Thermal radiation ）
1、定义： 辐射：物体通过电磁波来传递能量的方式称为 热辐射：由于热的原因而向外发射辐射能的现象 温度大于绝对温度零度的物体都具有辐射能力， 物体的温度越高、辐射能力越强； 物体的种类不同、表面状况不同， 其辐射能力不同。 辐射换热（ Radiation heat transfer ） ： 物体间靠热辐射进行的 热量传递
•对流换热：既有热对流，也有导热 ； 不是基本传热方式 •对流换热实例： 1) 暖气管道; 2) 电子器件冷却
7热辐射的基本概念
4
4
5.67 10 8 W/(m 2 K 4 ), 黑体辐射常数
T - -黑体表面绝对温度, K
二、普朗克定律
Eb f (T , )
E b
(1) 温度愈高，同一波长下的光 -16 Wm2 ; 谱辐射力愈大； C 1—普朗克第一常数，C1= 3.742×10
-2 mK。 C — 普朗克第二常数， C = 1.439 × 10 2 2 (2) 在一定的温度下，黑体的光
（1） 多数情况下，辐射传热是一个表面物理过程。
（2） 辐射传热不需要中间介质，可以在真空中传播。 （3） 辐射传热过程存在能量形式的转换。 热能→电磁能 电磁能→热能
二、物体辐射能量的表示
1.辐射力E：单位时间内，物体的单位表面积向半球空间所有方向辐射出去 的全部波长的能量总和 。 单位：W/m2 2.光谱辐射力E:单位时间内，物体单位表面积向半球空间所有方向辐射的 从到+d的单位波长的辐射能，单位W/m3（ W/m2 . m， W/m2 . μm ）。
三、吸收、反射和透射
1、投射辐射G
单位时间内外界投射到物体单位表面积上的辐射能。单位W/m2 。
2、吸收比、反射比和透射比
G G G G
G G G 1 G G G
1
任何物体:
1
大多数固体和液体: 气体:
1
传热学
热辐射的基本概念 黑体辐射的基本定律
一、热辐射的定义和特点
辐射：物体向外发射电磁波的过程。 热辐射：物体由于热的原因向外发射电磁波的过程。 物体温度高于绝对零K。 辐射传热：物体间相互辐射和吸收的净能量交换过程。
热射线波长范围：0.1~100μm
4
5.67 10 8 W/(m 2 K 4 ), 黑体辐射常数
T - -黑体表面绝对温度, K
二、普朗克定律
Eb f (T , )
E b
(1) 温度愈高，同一波长下的光 -16 Wm2 ; 谱辐射力愈大； C 1—普朗克第一常数，C1= 3.742×10
-2 mK。 C — 普朗克第二常数， C = 1.439 × 10 2 2 (2) 在一定的温度下，黑体的光
（1） 多数情况下，辐射传热是一个表面物理过程。
（2） 辐射传热不需要中间介质，可以在真空中传播。 （3） 辐射传热过程存在能量形式的转换。 热能→电磁能 电磁能→热能
二、物体辐射能量的表示
1.辐射力E：单位时间内，物体的单位表面积向半球空间所有方向辐射出去 的全部波长的能量总和 。 单位：W/m2 2.光谱辐射力E:单位时间内，物体单位表面积向半球空间所有方向辐射的 从到+d的单位波长的辐射能，单位W/m3（ W/m2 . m， W/m2 . μm ）。
三、吸收、反射和透射
1、投射辐射G
单位时间内外界投射到物体单位表面积上的辐射能。单位W/m2 。
2、吸收比、反射比和透射比
G G G G
G G G 1 G G G
1
任何物体:
1
大多数固体和液体: 气体:
1
传热学
热辐射的基本概念 黑体辐射的基本定律
一、热辐射的定义和特点
辐射：物体向外发射电磁波的过程。 热辐射：物体由于热的原因向外发射电磁波的过程。 物体温度高于绝对零K。 辐射传热：物体间相互辐射和吸收的净能量交换过程。
热射线波长范围：0.1~100μm
《传热学》资料第五章传热过程与传热器
《传热学》资料第五章传热过程与传热器一、名词解释1．传热过程:热量从高温流体通过壁面传向低温流体的总过程.2．复合传热:对流传热与辐射传热同时存在的传热过程.3．污垢系数:单位面积的污垢热阻.4．肋化系数: 肋侧表面面积与光壁侧表面积之比.5．顺流:两种流体平行流动且方向相同6．逆流: 两种流体平行流动且方向相反7．效能:换热器实际传热的热流量与最大可能传热的热流量之比.8．传热单元数:传热温差为1K时的热流量与热容量小的流体温度变化1K所吸收或放出的热流量之比.它反映了换热器的初投资和运行费用,是一个换热器的综合经济技术指标.9．临界热绝缘直径:对应于最小总热阻(或最大传热量)的保温层外径.二、填空题1．与的综合过程称为复合传热。
(对流传热，辐射传热)2．某燃煤电站过热器中，烟气向管壁传热的辐射传热系数为20 W／(m2．K)，对流传热系数为40 W／(m2．K)，其复合传热系数为。
(60W／(m2．K))3．肋化系数是指与之比。
(加肋后的总换热面积,未加肋时的换热面积)4．一传热过程的热流密度q＝1．8kW／m2，冷、热流体间的温差为30℃，则传热系数为，单位面积的总传热热阻为。
(60W／(m2．K)，0．017(m2.K)／W)5．一传热过程的温压为20℃，热流量为lkW，则其热阻为。
(0．02K／W)6．已知一厚为30mm的平壁，热流体侧的传热系数为100 W／(m2．K)，冷流体侧的传热系数为250W／(m2．K)，平壁材料的导热系数为0．2W／(m·K)，则该平壁传热过程的传热系数为。
(6．1W／(m2．K))7．在一维稳态传热过程中，每个传热环节的热阻分别是0．01K／W、0．35K／W和0．009lK ／W，在热阻为的传热环节上采取强化传热措施效果最好。
(0．35K／W)8．某一厚20mm的平壁传热过程的传热系数为45W／(m2．K)，热流体侧的传热系数为70W／(m2K)，冷流体侧的传热系数为200W／(m2．K)，则该平壁的导热系数为。
传热学热辐射基本定律和辐射特性课件
工业辐射加热与冷却
工业辐射加热
利用辐射方式将热量传递给物料 ，实现高效、均匀的加热效果。
工业辐射冷却
利用辐射方式将热量传递给冷却 介质，实现高效、快速的冷却效
果。
工业辐射干燥
利用辐射方式将热量传递给物料 ，实现快速、均匀的干燥效果。
05
热辐射研究展望
新型热辐射材料研究
总结词
随着科技的发展，新型热辐射材料的研究成为传热学领域的重要方向。
详细描述
通过研究热辐射与大气、水体和地表 的相互作用，可以深入了解地球系统 的能量平衡和蔼候变化机制。同时， 这种研究也为可再生能源的利用和环 境保护提供了理论支持。
热辐射在新能源领域的应用研究
总结词
热辐射在新能源领域的应用研究具有广阔的前景。
详细描述
利用热辐射进行光热转换，可以实现太阳能的利用和转化。此外，热辐射在高温核聚变、磁流体发电和地热能利 用等领域也有着重要的应用价值。通过深入研究热辐射在这些新能源领域的应用，有望为解决能源危机和环境污 染问题提供新的解决方案。
意义。
吸取率
总结词
详细描述
吸取率是物体吸取热辐射能量的能力，它 决定了物体对热辐射的吸取程度。
吸取率表示物体在特定温度下吸取的热量 与入射到物体上的总热量之比。物体的吸 取率与其发射率和反射率有关。
总结词
详细描述
吸取率的值介于0和1之间，完全吸取的物 体吸取率为1，完全不吸取的物体吸取率为 0。
了解物体的吸取率对于设计热辐射系统、 控制热能传递和优化热能利用具有重要意 义。
普朗克辐射定律
总结词
普朗克辐射定律描述了黑体光谱辐射的能量散布。
详细描述
普朗克辐射定律指出，黑体的光谱辐射强度与波长、温度有关。在任意波长下 ，黑体的光谱辐射强度与温度成正比。该定律是量子力学的基础之一，适用于 所有温度下的黑体辐射。
传热学内容总结
绪论部分一、热量传递的三种基本方式⒈导热应充分理解导热是物质的固有本质，无论是气体、液体还是固体液态还是固态，都具有导热的本领。
利用傅里叶定律进行稳态一维物体导热量的计算。
应能区分热流量Φ和热流密度q。
前者单位是w，后者单位是w／m2，且q＝Φ／A。
同时还应将热流量Φ与热力学中的热量Q区别开来，后者的单位是J。
传热学中引入了时间的概念，强调热量传递是需要时间的。
充分掌握导热系数λ是一物性参数，其单位为w／(m·K)；它取决于物质的热力状态，如压力、温度等。
对不同的物质，可用教材的附录查得导热系数值。
⒉对流掌握对流换热是流体流过固体壁面且由于其与壁面间存在温差时的热量传递现象，它与流体的流动机理密不可分；同时，由于导热也是物质的固有本质，因而对流换热是流体的宏观热运动(热对流)与流体的微观热运动(导热)联合作用的结果。
初步会运用牛顿冷却公式或计算对流换热量。
注意其中A为换热面积，必须是流体与壁面间相互接触的、与热量传递方向相垂直的面积。
掌握对流换热的表面传热系数h为一过程量，而不像导热系数λ那样是物性参数。
也正因为如此，不同对流换热过程的表面传热系数的数量级相差很大。
⒊热辐射掌握热辐射的特点，区分它与导热及对流的不同之处。
掌握黑体辐射的斯蒂藩—玻耳兹曼定律。
它是一个黑体表面向外界发射的辐射热量，而不是一个表面与外界之间以辐射方式交换的热量。
通过对两块非常接近的互相平行黑体壁面间辐射换热的计算，以了解辐射换热的概念。
应注意三种热量传递方式并不是单独出现，常常串联或并联在一起起作用。
可以结合日常生活及工程实际中的实例加深理解。
二、传热过程与传热系数⒈传热过程充分理解传热过程是热量在被壁面隔开的两种流体之间热量传递的过程。
在传热过程中三种热量传递方式常常联合起作用。
能对一维平壁的传热过程进行简单的计算。
理解传热系数K是表征传热过程强弱的标尺。
既然对流换热表面传热系数h是过程量，它常作为传热过程的一个环节，因而传热系数也是过程量。
级第5章 热辐射及辐射传热.ppt
• 热辐射是物体单向的特性，而辐射传热是不同物体间 相互作用的净结果
• 辐射传热特点： • （1）物体间不需要其他介质存在，真空中效率最高 • （2）伴随着能量形式的转换：内能－辐射能－内能
影响辐射传热的因素
• 表面发射辐射能的能力 黑体、实际物体、灰体的辐射力及发射率
表面吸收辐射能的能力 黑体、实际物体、灰体的吸收比
• 辐射——物体向外界以电磁波的方式传递能量的现象 • 所辐射电磁波所携带的能量，称为辐射能 • 热辐射：由于物体内部微观粒子热运动状态的改变而将部分
内能转化成电磁波而发射出去的过程；或者说，辐射能是由 与温度有关的内能转化而来的 • 能够发射热辐射是自然界中物体的特性之一 • 辐射类型有多种，在传热学中只研究热辐射
• 太阳辐射（温度约为5800K）能量集中在0.2－2μm的波长范 围，其中可见光区段占很大比重
• 热射线：一般将波长介于为0.1～100μm的电磁波称为热射 线，包括部分紫外线、全部可见光和红外线
返回
5.1.2 辐射传热
• 辐射传热—不同温度的物体之间由于相互进行热辐射 而产生的热量传递现象称为辐射传热
• 本书仅介绍不透明固体之间的辐射传热， 无论其自身发射辐射能，还是对投射辐射 的吸收及反射都是在固体表面上进行的。 故物体之间的辐射传热与物体表面之间的 辐射传热是等价的。
• 几个理想物体（实际自然界不存在）
1 的物体称为黑体
1 的物体称为透明体
1的物体称为白体或镜体
• 黑体在辐射传热分析研究中具有重要的作用，它既是 吸收能力最强的物体，也是同温度下辐射能力最强的 物体
• 表面之间相对几何关系 角系数
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5.1.3 辐射力和辐射强度
• 物体由于热辐射向外界（半球空间）发 射的电磁波按波长分布和空间方向分布 都是不均匀的，因此需要引入相关概念 来表示这些特点
• 辐射传热特点： • （1）物体间不需要其他介质存在，真空中效率最高 • （2）伴随着能量形式的转换：内能－辐射能－内能
影响辐射传热的因素
• 表面发射辐射能的能力 黑体、实际物体、灰体的辐射力及发射率
表面吸收辐射能的能力 黑体、实际物体、灰体的吸收比
• 辐射——物体向外界以电磁波的方式传递能量的现象 • 所辐射电磁波所携带的能量，称为辐射能 • 热辐射：由于物体内部微观粒子热运动状态的改变而将部分
内能转化成电磁波而发射出去的过程；或者说，辐射能是由 与温度有关的内能转化而来的 • 能够发射热辐射是自然界中物体的特性之一 • 辐射类型有多种，在传热学中只研究热辐射
• 太阳辐射（温度约为5800K）能量集中在0.2－2μm的波长范 围，其中可见光区段占很大比重
• 热射线：一般将波长介于为0.1～100μm的电磁波称为热射 线，包括部分紫外线、全部可见光和红外线
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5.1.2 辐射传热
• 辐射传热—不同温度的物体之间由于相互进行热辐射 而产生的热量传递现象称为辐射传热
• 本书仅介绍不透明固体之间的辐射传热， 无论其自身发射辐射能，还是对投射辐射 的吸收及反射都是在固体表面上进行的。 故物体之间的辐射传热与物体表面之间的 辐射传热是等价的。
• 几个理想物体（实际自然界不存在）
1 的物体称为黑体
1 的物体称为透明体
1的物体称为白体或镜体
• 黑体在辐射传热分析研究中具有重要的作用，它既是 吸收能力最强的物体，也是同温度下辐射能力最强的 物体
• 表面之间相对几何关系 角系数
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5.1.3 辐射力和辐射强度
• 物体由于热辐射向外界（半球空间）发 射的电磁波按波长分布和空间方向分布 都是不均匀的，因此需要引入相关概念 来表示这些特点
传热学热辐射基本定律和辐射特性
黑色油漆对可见光吸收比约0.9 。
4.温室效应
暖房： 玻璃和塑料薄膜对λ< 3μm太阳辐射的穿透率很高 对内部的物体热辐射 λ> 3μm常温辐射的穿透率很低
•温室气体：CO2、CFC制冷剂（R12等）对≥3μm的 红外波段吸收率高，而对于太阳辐射穿透率高
光谱辐射力特征： 光谱辐射力随温度升高而增加；
光谱辐射力随波长增加先增后减，具有最大Ebλ 光谱辐射力最大处的波长随温度不同而不同，随温度增加，λmax减小
(2) 维恩位移定律
光谱辐射力最大处的波长λmax与绝对温度T 的乘积为常数。 λmaxT = 2.898×10-3m·K≈ 2.9×10-3m·K =2900μm·K
E
d( )
dA d
E 2 E d
d():面积dA的微元面积，向空间纬度角方向的微 元立体角d内辐射的能量
兰贝特定律—— 黑体按空间方向的分布规律
表述1：黑体辐射的定向辐射强度与方向无关，即半球空间的各方向上的定 向辐射强度相等：
d( ) dAcos d
=I b
const
表述2：黑体单位辐射面积,单位立体角的定向辐射力
说明： （1）工程上遇到温度范围，热射线集中在红外范 围内（ 0.76~20μm ） （2）太阳辐射可见光占44.8%，红外线占45.1%， 紫外线占10.1% （3）常温20℃以下物体辐射几乎在3μm以上的红 外。
➢ 物体表面对热辐射的作用
（1）物体对热辐射的吸收、反射与穿透
根据能量守恒，有以下平衡方程：
微元立体角
d
dAc r2
➢ 黑体的定向辐射强度和定向辐射力：
E
d( )
dA d
实验测定 黑体
Eb,
传热学辐射的名词解释
传热学辐射的名词解释一、引言传热学是热力学的分支学科，研究物体之间的热能传递过程。
辐射热传递是其中重要的一种方式。
本文将深入解释传热学辐射的相关名词，帮助读者对其有更清晰的理解。
二、辐射热传递的概念1. 辐射：指物体间由于绝对温度差异而发生的能量传递，并不需要介质的参与。
物体间的辐射通过电磁波传输热能，包括可见光、红外线和紫外线等。
2. 辐射热传递：它是物体上的热能，通过电磁波的传递，在没有直接接触的情况下传递给其他物体。
三、辐射热传递的基本原理1. 热辐射：所有物体在温度高于绝对零度时都会发出热辐射，其特征是在不需要媒介介入的情况下就能将热能传递给其他物体或空间。
2. 黑体辐射：黑体是对辐射完全吸收和发射的理想化物体，不同温度下的黑体有不同辐射能谱。
3. 斯蒂芬-玻尔兹曼定律：描述了黑体辐射功率与其绝对温度的关系。
该定律的表达式为P=AσT^4，其中P是辐射功率，A是表面积，σ是斯蒂芬-玻尔兹曼常数，T是绝对温度。
4. 平衡辐射：指当一个物体处于周围环境温度时，其发出和吸收的辐射功率相等，没有净辐射的状态。
5. 吸收率和发射率：物体对辐射的吸收程度称为吸收率，对辐射的发射程度称为发射率。
在环境中，物体的吸收率和发射率总和等于1。
四、辐射热传递与温度差的关系1. 斯特藩—波尔兹曼定律：当两物体温度不同时，高温物体向低温物体辐射的能量与两者的温度差平方成正比，并与两种物体的发射率有关。
表达式为Q=εσA(T1^4-T2^4)，其中Q是单位时间内的辐射热传递，ε是两种物体的发射率，A是表面积，T1和T2分别为高温和低温物体的绝对温度。
2. 热辐射功率密度：指在单位表面积上单位时间内的辐射热传递功率。
计算公式为q=Φ/A，其中q是热辐射功率密度，Φ是热辐射功率，A是表面积。
五、辐射热传递的应用1. 太阳能利用：太阳辐射是地球上各种可再生能源的主要来源之一。
通过光伏电池和热水器等设备，我们可以将太阳辐射能转化为电能和热能。
第五章传热的基本定律
在非稳态导热中，介质温度场是随时间 变化的。即使是一维的，比方说是无限 大平板，此时温度分布变为：
T T ( x, )
由于： T 0 x
T | 常数 ， q x
因此，不能当作热流是常数的情况，必 须另想办法。 我们研究热传导的目的： 1 求介质中的温度分布 2 求传热量
xl
d ( ) x l l (Tl T f ) dx
据此，即可求出C1，C2。
如果我们知道了这种办法，对其他变截 面的延伸表面，也可写出微分方程，求 解即可。有时方程的解不好确定，可用 试探解法。
2.3 非稳态导热
我们知道，传热介质中的温度分布一般 为：
T T ( x, y, z, )
第五章
热量传递的基本定律及应用 北京理工大学 郑宏飞
本章与前些章节的不同点
热能的处在平衡态）
热量的传递问题引入了：传热学问题。
（在有限时间内，考虑了温度不平衡引起的传 热过程）
学习前面的工程热力学，知道系统与
系统之间会发生能量交换，主要是功 和热。但上面讨论的是相互作用过程 的最终状态。而不讨论过程的性质及 发生的速率。 本章主要是研究热的传递过程及速率， 还有就是如何提高或减少它的传递速 率。（传热强化和隔热）
Qc dx U T Tf
在稳态条件下，能量平衡为：
dQx Udx(T Tf )
（减少量＝向周围流体传热量）
dQx U (T T f ) dx
dT 又因为：Qx A dx
d 2T A 2 U (T T f ) dx
d 2T A 2 U (T T f ) 0 dx
T ,Q n
有不同值，
5传热(中职中技)
同样是固体材质不同，传热速率不同的
2、一杯牛奶，放在水里比摆在桌子上要冷得快，为什 么？
水的传热速率快些
在温度差的驱动下，通过分子相互碰撞、分子振动、电子的迁移传递 热量的过程--导热
热传导机理 液体：分子间作用力较强，由相邻分子振动导致热传递 固体：相邻分子的碰撞或电子的迁移。 气体：温度不同的相邻分子相互碰撞，造成热量传递。
冷凝传热：排除不凝气体；阻止液膜形成减薄 液膜厚度；减少垂直方向上管排的数目。 沸腾传热：加大传热面粗糙程度；加入添加剂 （如乙醇、丙酮等）。
小结： 1.有相变时的对流传热 系数。 2.提高对流传热系数的 措施
作业：
1.蒸汽冷凝方式有
和
。
对流传热系数更大，但
冷
凝在工业上更容易控制，被经常使用。
高于0K的物质都有热辐射 物体温度↑，热辐射能力↑
三、工业生产上的换热方法
1.直接接触式换热 适用于允许两股流
体直接接触混合的场 合。
2.蓄热式换热 操作时冷、热流体交替地流过蓄热室。
3.间壁式换热 适用于两股流体间
需要进行热量交换而又 不允许直接相混的场合。
1、热力学第二定律说明传热的推动力是
的壁面直接接触。
一般换热器冷凝按膜状冷凝考虑冷凝的传热系 数一般都很大。
当蒸汽中有空气或其他不凝气体存在时，则在 壁面上生成一层气膜。由于气体热导率很小， 使传热系数明显下降。
如蒸汽中不凝性气体的含量为1%时，可降低 60%左右。因此能冷凝器装有放气阀。及时排 出不凝性气体 。
液体沸腾是指在液体的对 流传热过程中，伴有由液相 变为气相，即在液相内部产 生气泡或气膜的过程。
3.热辐射Radiation
辐射是一种通过电磁波传递能量的过程。 物体发射电磁波，在红外、可见光范围内具有热效应。
2、一杯牛奶，放在水里比摆在桌子上要冷得快，为什 么？
水的传热速率快些
在温度差的驱动下，通过分子相互碰撞、分子振动、电子的迁移传递 热量的过程--导热
热传导机理 液体：分子间作用力较强，由相邻分子振动导致热传递 固体：相邻分子的碰撞或电子的迁移。 气体：温度不同的相邻分子相互碰撞，造成热量传递。
冷凝传热：排除不凝气体；阻止液膜形成减薄 液膜厚度；减少垂直方向上管排的数目。 沸腾传热：加大传热面粗糙程度；加入添加剂 （如乙醇、丙酮等）。
小结： 1.有相变时的对流传热 系数。 2.提高对流传热系数的 措施
作业：
1.蒸汽冷凝方式有
和
。
对流传热系数更大，但
冷
凝在工业上更容易控制，被经常使用。
高于0K的物质都有热辐射 物体温度↑，热辐射能力↑
三、工业生产上的换热方法
1.直接接触式换热 适用于允许两股流
体直接接触混合的场 合。
2.蓄热式换热 操作时冷、热流体交替地流过蓄热室。
3.间壁式换热 适用于两股流体间
需要进行热量交换而又 不允许直接相混的场合。
1、热力学第二定律说明传热的推动力是
的壁面直接接触。
一般换热器冷凝按膜状冷凝考虑冷凝的传热系 数一般都很大。
当蒸汽中有空气或其他不凝气体存在时，则在 壁面上生成一层气膜。由于气体热导率很小， 使传热系数明显下降。
如蒸汽中不凝性气体的含量为1%时，可降低 60%左右。因此能冷凝器装有放气阀。及时排 出不凝性气体 。
液体沸腾是指在液体的对 流传热过程中，伴有由液相 变为气相，即在液相内部产 生气泡或气膜的过程。
3.热辐射Radiation
辐射是一种通过电磁波传递能量的过程。 物体发射电磁波，在红外、可见光范围内具有热效应。
热辐射知识点
热辐射知识点
1. 热辐射基本原理
物体的温度越高，其辐射能量越大。
根据普朗克的辐射定律和
斯蒂芬-玻尔兹曼定律，热辐射的能量与其发射体的温度的四次方
成正比。
2. 热辐射谱
热辐射谱是指在不同波长范围内的辐射能量分布情况。
根据维
恩位移定律，热辐射谱的峰值波长与发射体的温度有关，温度越高，峰值波长越短。
3. 黑体辐射和灰体辐射
黑体是指对所有波长的辐射都具有完全吸收和完全发射的物体。
黑体辐射的谱分布曲线称为黑体辐射谱。
灰体是指对某些特定波长
的辐射具有较低的吸收和发射能力。
4. 热辐射的应用领域
热辐射在许多领域都有广泛的应用。
例如，在太阳能利用中，利用太阳的热辐射能够产生电能。
此外，热辐射也在红外线摄像、激光技术、热成像等领域发挥重要作用。
5. 热辐射的控制和应用
为了控制热辐射，可以通过选择合适的材料和涂层来调节物体的辐射能力。
例如，通过使用反射性材料可以减少热辐射的损失。
此外，在工业和建筑领域中，也可以利用热辐射控制技术实现节能和环保。
这些是关于热辐射的一些基本知识点，希望对您有所帮助。
如需进一步了解，可以继续深入研究相关领域的专业文献和资料。
4.1 热辐射基本理论
[ ] Iλ (θ )
=
dQλ (θ ) (dA1 cosθ )dΩ
=
dI
dλ
λ
W (m2 ⋅ μm⋅ Sr)
I (θ ,ϕ ) = ∫0∞ Iλ (θ ,ϕ )dλ
３、辐射力(E)
I (θ ,ϕ) = dQ(θ ) (dA1 cosθ )dΩ
辐射力：发射体 每单位面积、在 单位时间、向半 球空间所发射的 全波长能量
光谱辐射力：若辐射力是针对某波长 λ 、波长间隔
为 dλ 范围内所发射的能量。 Eλ [W (m2 ⋅μ m)]
Eλ
=
∫02π
Iλ (θ ) ⋅ cosθ
⋅ dΩ=
dE
dλ
;
λ
E = ∫0∞ Eλ dλ
定向辐射力：发射体的单位面积、在单位时间内、 向某个方向单位立体角内发射的辐射能 Eθ [W（m2Sr)]
传热学
Heat transfer
张靖周
能源与动力学院
第七章
热辐射基本理论
7-1 热辐射的基本概念
一、热辐射的本质和特点
１热辐射：由于热的原因而产生的电磁波辐射 热辐射的电磁波是物体内部微观粒子的热运动状态改 变时激发出来的,发射辐射能是各类物质的固有特性
热辐射是电磁辐射（电磁波）的一种 ２电磁波谱： 电磁波波长从几万分之一微米到数千米
近的单位波长间隔内发射的辐射能量。 Eλ ,θ
[W (m2 ⋅ sr ⋅μ m)]
Eλ ,θ
=
dQ
dA1 ⋅ dΩ ⋅ dλ
=
dE
dΩ ⋅ dλ
E = ∫02π ∫0∞ Eλ,θ dλ ⋅ dΩ
7-2 黑体的辐射特性
一、普朗克定律
热传递的基本原理
流动的起因 流动起因分为强制 对流和自然对流的
两个换热过程
流体的物理性质
流体热性质参数有热导 率、动力黏度、比定压 热容、密度以及体积膨 胀系数
对流换热的 主要影响因
素
流体的流态 流动状态有层流和
紊流两种
几何因素的影响
指壁面几何形状、大 小，流体与固体热接 触的相对位置等对对
流换热的影响
对流换热的计算
热传递定义
是热从温度高的物体传到温度低的物体，或 者从物体的高温部分传到低温部分的过程。 热传递是自然界普遍存在的一种自然现象。 只要物体之间或同一物体的不同部分之间存 在温度差，就会有热传递现象发生，并且将 一直继续到温度相同的时候为止。发生热传 递的唯一条件是存在温度差，与物体的状态 ，物体间是否接触都无关。热传递的结果是 温差消失，即发生热传递的物体间或物体的 不同部分达到相同的温度。
石棉、珍珠岩、矿渣棉等各类制品，是电厂 中广泛采用的隔热保温材料。
谢
谢
流体有相变时的对流换热
在火电厂中，不仅经常遇到单相流体的对流换热， 而且会遇到液体受热沸腾和蒸汽遇冷凝结等有相变 时的对流换热。 沸腾换热是在固体壁面的温度超过与之相接 触的液体饱和温度时发生的。 凝结换热是在壁面温度低于与之接触的蒸汽 压力下的饱和温度时才会发生。
辐射换热
热辐射的基本概念
是指物体通过发射电磁波向外传递能量的现象。一般，
❖ 实际上，传热过程往往并非以某种传热方式单独 出现，而是两种甚至是三种传热方式的组合。例 如，热水瓶抽真空的目的就是为了减少导热过程 的损失；瓶口加塞就是为了减少对流损失；内胆 镀银是为减少辐射传热的损失。再如，化工生产 中普遍使用的间壁式换热器中的传热，主要是以 热对流和导热相结合的方式进行的
传热学热辐射的基本定律及辐射换热
1. A blackbody absorbs all incident radiation, regardless
of wavelength and direction. Namely =1.
2. For a prescribed temperature and wavelength, no surface can emit more energy than a blackbody.
2. 立体角(Solid angle)——续
d sindd
The solid angle associated with the entire hemisphere may be obtained by integrating the above Equation over the limits =0 to 2 and =0 to =/2. Hence
0
0 Ie cos sindd
Ie
对于漫射非黑体表面
J Ier
➢ 结论： 对于漫射表面，辐射力是任意方向辐射(强)度的倍。
§8.3 实际物体和灰体的辐射
一、实际物体(Real surface)
❖ 热辐射有两个重要特征：一是光谱性质，即光谱 辐射力随波长变化；一是方向性，即辐射度因方 向而异。
1. 实际物体的发射率
E Eb
0 E d
0 Eb d
0 E d bT 4
E(T ) (T )Eb (T ) (T ) bT 4
2. 实际物体的光谱发射率
E Eb
3. 实际物体的定向发射率
E Eb
4. 实际物体的光谱定向发射率
,
E , Eb ,
5. 温度为T时实际物体的光谱定向发射率
➢辐射换热与导热、对流换热不同，它不依 赖于物体的接触而进行热量传递。
of wavelength and direction. Namely =1.
2. For a prescribed temperature and wavelength, no surface can emit more energy than a blackbody.
2. 立体角(Solid angle)——续
d sindd
The solid angle associated with the entire hemisphere may be obtained by integrating the above Equation over the limits =0 to 2 and =0 to =/2. Hence
0
0 Ie cos sindd
Ie
对于漫射非黑体表面
J Ier
➢ 结论： 对于漫射表面，辐射力是任意方向辐射(强)度的倍。
§8.3 实际物体和灰体的辐射
一、实际物体(Real surface)
❖ 热辐射有两个重要特征：一是光谱性质，即光谱 辐射力随波长变化；一是方向性，即辐射度因方 向而异。
1. 实际物体的发射率
E Eb
0 E d
0 Eb d
0 E d bT 4
E(T ) (T )Eb (T ) (T ) bT 4
2. 实际物体的光谱发射率
E Eb
3. 实际物体的定向发射率
E Eb
4. 实际物体的光谱定向发射率
,
E , Eb ,
5. 温度为T时实际物体的光谱定向发射率
➢辐射换热与导热、对流换热不同，它不依 赖于物体的接触而进行热量传递。
热辐射及辐射传热
1
石油工程传热学
对于大多数的固体和液体： 0, 1
对于不含颗粒的气体：
0, 1
为研究辐射特性可提出以下理想辐射模型： 黑 体：α=1 ρ=0 τ=0；
白
体：α=0 ρ=1 τ=0；
透明体：α=0 ρ=0 τ=1
石油工程传热学
对于大多数的固体和液体： 0, 1 原因：热射线穿过固体和液体表面后，在很小的 距离内就被完全吸收。 其吸收和反射几乎都在表面进行，因此，物体表 面状况对其吸收和反射影响很大。 特例1：玻璃对可见光是透明体，对其他波长的 热辐射，穿透能力很差——温室效应 黑颜色的物体对可见光具有较强的吸收能力，白 颜色则反射能力强
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
石油工程传热学
石油工程传热学
第5章 热辐射及辐射传热
§5-1
§5-2
热辐射的基本概念
黑体辐射的基本定律
§5-3
§5-4 §5-5
黑体表面间的辐射传热与角系数
实际物体辐射的基本规律 封闭系统中灰体表面间热辐射的基本概念
一、热辐射本质 1、基本概念
辐射：物体以电磁波向外传递能量的现象。
石油工程传热学
自然界和工程应用中，完全符合理想要求的黑体、 白体和透明体虽然并不存在，但和它们根相象的 物体却是有的。 例如，煤炭的吸收比达到0.96，磨光的金子反射 比几乎等于0.98，而常温下空气对热射线呈现透 明的性质。 但是，在分析实际物体表面的吸收、反射和透过 特性的时候，必须非常谨慎地对待波长，尤其要 注意不能以肉眼的直观感觉来判断某物体吸收比 的高低。
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G—该表面接受到的投入辐射. 该表面接受到的投入辐射. 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. 非常重要. 【例5-1】 】
2010-5-6 第五章 热辐射的基本概念及基本定律
返回
24
第四节
黑体辐射基本定律
一,黑体模型 二,普朗克定律 三,维恩位移定律 四,斯蒂芬—玻尔兹曼定律 斯蒂芬 玻尔兹曼定律 五,波段辐射力
2010-5-6
低温 物体
9
第五章 热辐射的基本概念及基本定律
辐射换热的主要影响因素 物体本身的温度, ( 1 ) 物体本身的温度 , 表面辐射特 性; 物体的大小, ( 2 ) 物体的大小 , 几何形状及相对 位置. 位置.
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2010-5-6 第五章 热辐射的基本概念及基本定律 10
第二节
热辐射表面的一般性质
热辐射线落到表面上会发生反射, 热辐射线落到表面上会发生反射,吸 反射 透射现象 现象. 收和透射现象. 当辐射能量为G的热 当辐射能量为 的热 射线落到物体表面时, 射线落到物体表面时,Gα 部分被物体吸收, 部分 部分被物体吸收,Gρ部分 被物体反射, 部分则透 被物体反射,Gτ部分则透 过物体. 过物体. 根据能量守恒原理: 根据能量守恒原理: G= Gα+Gρ+ Gτ
第五章 热辐射的基本概念及基本定律
2010-5-6
26
二 ,普朗克定律 普朗克于1900年据量子理论揭示了黑体在 普朗克于 年据量子理论揭示了黑体在 不同温度下单色辐射力与波长的函数关系. 不同温度下单色辐射力与波长的函数关系.
2010-5-6 第五章 热辐射的基本概念及基本定律 4
工程上, 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 以下, 以下 区域. 区域. 辐射体温度不同, 辐射体温度不同,辐射能量的强度 不同,辐射光的颜色也不同. 不同,辐射光的颜色也不同. 在工程技术中, 在工程技术中,常常可根据灼热物 体的颜色来近似估计物体的温度 . 例如,金属工件的加热. 例如,金属工件的加热.
22
二 ,有效辐射 一般物体表面不 仅由于温度特性本身 向外界发出本身辐射, 向外界发出本身辐射, 而且对周围物体投射 来的投射辐射还有部 分反射出去. 分反射出去.
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2010-5-6 第五章 热辐射的基本概念及基本定律 23
有效辐射J:物体本身辐射与反射辐 有效辐射 : 射之和. 射之和. J = E + ρG W/m2
α ρ
气体:几乎对热射线不反射(ρ=0). 气体:几乎对热射线不反射(ρ=0). + =1
α τ
可见,吸收能力大的气体, 可见,吸收能力大的气体,其穿透能力 就小,反之亦然. 就小,反之亦然.
2010-5-6 第五章 热辐射的基本概念及基本定律 14
几种假想物理模型: 几种假想物理模型: 黑体: 黑体:α=1的物体 的物体 能够吸收外来投入辐射所有方向 全波长的辐射能. 全波长的辐射能. 镜体:ρ=1且为镜反射的物体. 镜体:ρ=1且为镜反射的物体. 且为镜反射的物体 白体:ρ=1且为漫反射的物体. 白体:ρ=1且为漫反射的物体. 且为漫反射的物体 透热体:τ=1的物体. 透热体:τ=1的物体. 的物体
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2010-5-6 第五章 热辐射的基本概念及基本定律 19
第三节
辐射力和有效辐射
一,辐射力 二,有效辐射 一,辐射力 辐射力E 辐射力E :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/m2. 长辐射能的总和,单位为
2010-5-6 第五章 热辐射的基本概念及基本定律 20
2010-5-6 第五章 热辐射的基本概念及基本定律 8
(4)物体间辐射换热时进行的能量传递 是双向的. 大部分温度高于0K的物体都具 是双向的 . 大部分温度高于 的物体都具 有发射热辐射的能力,温度愈高, 有发射热辐射的能力,温度愈高,发射和吸 收热辐射的能力愈强. 收热辐射的能力愈强.即使两个物体温度相 辐射换热也在不断进行, 同,辐射换热也在不断进行,只是处于热动 平衡状态,净辐射换热量为零. 平衡状态,净辐射换热量为零. 高温 物体
2010-5-6 第五章 热辐射的基本概念及基本定律 2
第一节 热辐射的本质和辐射换热特点
辐射: 辐射:物体以电磁波的形式释放能量的现 象. 热辐射: 热辐射:物体由于热的原因发生的辐射现 象. 热辐射是大部分物体固有的属性, 热辐射是大部分物体固有的属性,物体 之间可以依靠热辐射进行辐射换热. 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, 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. 传播速度等于光速. c=λν
2010-5-6 第五章 热辐射的基本概念及基本定律 3
电磁波波谱: 电磁波波谱:
λ=0.1～100m ～
热射线包括: 热射线包括: 包括 可见光:λ=0 38～ 76μm 可见光:λ=0.38～0.76μm 部分紫外线: 38μm 部分紫外线:λ<0.38μm 部分红外线: 76μm 部分红外线:λ>0.76μm
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第五章 热辐射的基本概念及基本定律
25
一 ,黑体模型 一个空腔壁上开有小孔, 一个空腔壁上开有小孔, 小孔面积比空腔面积小的多 小孔具有黑体性质. 小孔具有黑体性质. 一束能量为G的射线通过小孔进入空 一束能量为 的射线通过小孔进入空 腔内时,在空腔内壁上经过多次吸收和反射, 腔内时,在空腔内壁上经过多次吸收和反射, 最终通过小孔离开空腔反射出去的能量几 乎为零 认为射入的能量全部被空腔吸收. 乎为零 认为射入的能量全部被空腔吸收 .
2010-5-6 第五章 热辐射的基本概念及基本定律 7
(2)在辐射换热过程中,不仅有能量的 在辐射换热过程中, 交换,而且还有能量形式的转化. 交换,而且还有能量形式的转化. 发射热辐射时: 发射热辐射时:内热能 吸收热辐射时: 吸收热辐射时:辐射能 辐射能 内热能
(3)辐射换热量与两个物体热力学温度 的四次方之差成正比. 的四次方之差成正比.导热量或对流换热量 只与物体温度的一次方之差成正比 只与物体温度的一次方之差成正比两个物 体的温度差对于辐射换热量的影响更强烈. 体的温度差对于辐射换热量的影响更强烈.
单色辐射力E 单色辐射力Eλ: 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某一 波长λ的辐射能,单位为 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 根据定义, 的关系为
E = ∫ Eλ dλ
0 ∞
dE Eλ = dλ
2010-5-6
第五章 热辐射的基本概念及基本定律
2010-5-6 第五章 热辐射的基本概念及基本定律 11
α + ρ +τ = 1 物体的吸收比 吸收比, α—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; 能量占投入辐射能量的份额; 物体的反射比 反射比, ρ—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; 能量占投入辐射能量的份额; τ—物体的透射比,表示物体所穿透的 物体的透射比, 透射比 能量占投入辐射能量的份额. 能量占投入辐射能量的份额.
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发光颜色与对应温度的关系
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第五章 热辐射的基本概念及基本定律
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辐射换热:当物体温度不同时, 辐射换热 当物体温度不同时,物体之 当物体温度不同时 间通过热射线的相互辐射和吸收, 间通过热射线的相互辐射和吸收,进行能量 交换的现象. 交换的现象. 辐射换热的特点: 辐射换热的特点: (1)辐射换热与导热和对流换热不同, 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. 介质.即使在真空中热辐射也可以进行.
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第五章 热辐射的基本概念及基本定律
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固体和液体:由于分子排列紧密, 固体和液体:由于分子排列紧密,只要 稍具厚度,热射线就不能穿透(τ=0 稍具厚度,热射线就不能穿透(τ=0). + =1 可见,对固体和液体而言, 可见,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. 的物体其反射能力就小,反之亦然.
基本要求
1. 理解热辐射的本质和特点以及吸收 反射比,穿透比,黑体,透明体, 比,反射比,穿透比,黑体,透明体,灰 漫射体,辐射力,有效辐射等概念. 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. 函数表的应用. 理解实际物体的辐射特性及其黑度, 3. 理解实际物体的辐射特性及其黑度, 吸收比的确定方法. 吸收比的确定方法. 掌握气体辐射的特点, 4.掌握气体辐射的特点,了解太阳辐 射的特点. 射的特点.
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第五章 热辐射的基本概念及基本定律
Hale Waihona Puke 15例:煤烟,炭黑,粗糙的钢板等, 煤烟,炭黑,粗糙的钢板等, 吸收比α=0.9～0.95以上,近于黑体. 以上, 吸收比 ～ 以上 近于黑体. 磨光的纯金反射比ρ≈0.98,近似于 , 磨光的纯金反射比 白体. 白体. 纯净的空气对于热射线基本上不吸 收也不反射, 收也不反射,τ≈1,认为是透热体. ,认为是透热体.
2010-5-6 第五章 热辐射的基本概念及基本定律 18
例如白布与黑布对于工业温度下的 例如白布与黑布对于工业温度下的 白布与黑布 红外辐射其特性几乎相同,吸收比很高, 红外辐射其特性几乎相同,吸收比很高, 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. 很低,而黑布则相反. 白雪的吸收比高达0.985,近似于黑 白雪的吸收比高达0.985,近似于黑 的吸收比高达0.985, 体. 对于工业高温下的热辐射来说,对射 对于工业高温下的热辐射来说, 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. 粗糙程度,而不是表面的颜色.