热辐射及辐射传热

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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
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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
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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。
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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。
辐射面积，即为该方向上可以看得见的辐射面积， 是该表面在该方向上的投影。
dAs=dAcosθ
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（2）平面角θ：用圆周角定义θ=l/r
(3)立体角
定义：立体角为一空间角，即被立体角所切割 的球面面积除以球半径的平方称为立体角，单 位： sr( 球面度 ) 。
dAc d 2 r sin d d
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(4)定向辐射度Lp： 定义：单位时间内，单位可见辐射面积在
某一方向 p的单位立体角内所发射的总辐射
能（发射辐射和反射辐射），W/(m2.sr)
Lp d p dA cos d
Lp Le, p Lr , p
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五、漫射表面

漫发射表面：能向半球空间各方向发出均匀辐 射度Le的发射辐射物体表面（黑体）。 漫反射表面：若不论外界辐射是以一束射线沿 某一方向投入还是从整个半球空间均匀投入， 物体表面在半球空间范围内各方向都有均匀的 反射辐射度Lr的物体表面（白体）。 漫射表面：若表面即使漫 发射表面，又是漫反射表
③只要 T>0K, 就有能量辐射。高温物体低温物体双 向辐射热能
④物体的辐射能力与绝对温度的四次方成正比。
⑤电磁波遵循c =νλ规律
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3、电磁波谱
由于起因不同，物体发出电磁波的波长也同。 热辐射的波长主要位于0.10~1000μm的范围内。 热射线：热辐射产生的电磁波
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黑体表面是漫发射表面
自然界中，真正的黑体不存在，但是吸收 能力很强的物体也存在，烟炱和黑丝绒
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烟炱

烟炱是指从烟囱分离下来的或被烟道气冲刷出来而后落到烟囱周围地区的 煤烟。烟炱的粒径一般小于0.5μm，甚至小于0.1μm。其成分中50%是碳 （即炭黑）。由于它有很大的表面积，在大气中能被氧化，或表面积吸附 了气体污染物（如二氧化硫、氮氧化物等）起催化氧化的作用。这种炭黑 颗粒对二氧化硫和氮氧化物的催化氧化作用要比气相氧化作用分别高100 倍和10倍。在重油锅炉的烟道气中含烟炱200-300mg/m3，在炉排上烧煤 的煤炉中，因燃烧条件差，有更多的烟炱生成。烟炱可作炭黑生产，用于 颜料、墨、油墨、油漆工业，也广泛用于橡胶的补强剂。 soot 亲油，厌水，不溶于水、酸和碱。是煤的挥发分在不完全燃烧或高 温热解时的产物。是可吸入颗粒。汽车尾气中含有soot，soot形成有氧 化、热分解、成核、合并、表面增长和凝聚六个过程。形成过程就是气相 或液相碳氢化合物向固体弹劾的转变及重返气相物的过程。


面，则该表面称漫射表面
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§5-2 黑体辐射的基本定律
一、黑体和黑体模型
黑体：是指能吸收投入到其面 上的所有热辐射能的物体，是 一种科学假想的物体，现实生
活中是不存在的。但却可以人
工制造出近似的人工黑体。
图5-6 黑体模型
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黑体性质

黑体吸收能力最强，α=1 黑体的辐射能力也最强，ε=1
热辐射 : 由于物体内部微观粒子的热运动状态 改变，而将部分内能转换成电磁波的能量发射 出去的过程。电磁波落到物体上，一部分被物 体吸收，将电磁波的能量重新转换成内能。
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2、特点：
①不需要物体直接接触。可在真空中传递(最有效）
②有能量的转化。
辐射：辐射体内热能→辐射能 吸收：辐射能→受射体内热能

有效辐射：物体除了向外界发出发
射辐射外，其它物体投射到该物体
表面上的投射辐射还有部分被反射， 发射辐射和反射辐射之和，称有效 辐射，记为J，W/m2
自身射辐射E
有效辐射
投入辐射G 被反射辐射的部分 G
简化了实际物体间辐射传热的多次反射和吸收过程。
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四、定向辐射度
（1）可见辐射面积：一表面在某一方向上的可见
约定：除特殊说明，以后论 及的热射线都指红外线。
波普上热射线中红外线占优，某一具体物体的热辐射中， 红外线热辐射并不一定也是占优的。
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二、吸收比、反射比和透射比
当热辐射投射到物体表面上时，与可见光一样， 会发生吸收、反射和穿透三种现象。
Q Q Q Q Q Q Q 1 Q Q Q
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三、辐射力和有效辐射

辐射力：单位时间内物体单位辐射面积向外界 （半球空间）发射的全部波长的辐射能，又称发 射辐射，记为E，W/m2
相同温度下，黑体的辐射力Eb最大，实际物体
的辐射力E=εEb

投射辐射：单位时间内投射到单位面积上的总辐 射能，记为G，W/m2 。
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