西安建筑科技大学：《材料工程基础》课程教学资源（PPT课件）第三章 传热学基础——热量交换（辐射换热）

第三章热量交换 一辐射换热 西安建筑科技大学 粉体工程研究所

1 第三章 热量交换 ——辐射换热 西安建筑科技大学 粉体工程研究所

内容 辐射换热基本概念 黑体辐射换热的基本定律 ·实际物体与灰体的辐射 角系数 ·两个灰体间的换热

2 内 容 • 辐射换热基本概念 • 黑体辐射换热的基本定律 • 实际物体与灰体的辐射 • 角系数 • 两个灰体间的换热

辐射换热基本概念 1.热辐射特点 (1)定义:由自身温度和热运动的原因产生的,以电磁波形式传 递的能量; (2)特点:a任何物体,只要温度高于0K,就会不停地向周围 空间发出热辐射; b可以在真空中传播; c伴随能量形式的转变 d具有强烈的方向性; e辐射能与温度和波长均有关 f发射辐射取决于温度的4次方

3 辐射换热基本概念 1. 热辐射特点 (1) 定义：由自身温度和热运动的原因产生的，以电磁波形式传 递的能量； (2) 特点：a 任何物体，只要温度高于0 K，就会不停地向周围 空间发出热辐射； b 可以在真空中传播； c 伴随能量形式的转变； d 具有强烈的方向性； e 辐射能与温度和波长均有关； f 发射辐射取决于温度的4次方

辐射换热基本概念 2.电磁波谱 电磁辐射包含了多种形式,而我们所感兴趣的,即工业上有 实际意义的热辐射区域一般为0.1~100um(波长)。 电磁波的传播速度: =2v 式中:c一光速 频率;λ一波长,μm 电磁辐射波谱 —热射线 紫蓝绿黄红 y射线 紫外线 红外线 无线电波 X射线 可见光 010-510-410-310-210-11 010210310 波长A/m

4 辐射换热基本概念 2. 电磁波谱 电磁辐射包含了多种形式，而我们所感兴趣的，即工业上有 实际意义的热辐射区域一般为0.1～100m（波长）。 电磁波的传播速度： c =  式中：c—光速； — 频率; — 波长，m 电磁辐射波谱

辐射换热基本概念 3.物体对热辐射的吸收、反射和穿透 当热辐射投射到物体表面上时,一般会发生 三种现象,即吸收、反射和穿透,如图所示 Q 0=ea+ep+o Axe Q Q。Q Q a++t=1 吸反透 物体对热辐射的吸收 反射和穿透 收射过 率率率

5 辐射换热基本概念 3. 物体对热辐射的吸收、反射和穿透 当热辐射投射到物体表面上时，一般会发生 三种现象，即吸收、反射和穿透，如图所示 Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q          = + +  + + =    + + = 1 1 物体对热辐射的吸收 吸 反射和穿透 收 率 反 射 率 透 过 率

辐射换热基本概念 对于大多数的固体和液体: 对于不含颗粒的气体: 尸=O,c+z=1 对于黑体: 镜体或白体: 透明体 1 反射又分镜反射和漫反射两种 01=62 7777777 镜反射 漫反射

6 辐射换热基本概念 对于大多数的固体和液体： 对于不含颗粒的气体： 对于黑体： 镜体或白体： 透明体：  =1 反射又分镜反射和漫反射两种 镜反射 漫反射  =1  =1  = 0,  +  =1  = 0,  + =1

辐射换热基本概念 4.辐射力E: 单位时间内,全波段内,物体的单位表面积向半球空间发射的所有波 长的能量总和。(W/m2); E 光谱辐射强度Ex(单色辐射强度):E=dλ 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。(W/m); E、E关系:显然,团和E之间具有如下关系: E=hE edn 黑体一般采用下标b表示,如黑体的辐射力为E,黑体的光谱辐射 力为E

7 辐射换热基本概念 4. 辐射力E： 单位时间内，全波段内，物体的单位表面积向半球空间发射的所有波 长的能量总和。 (W/m2)； 光谱辐射强度E （单色辐射强度）： 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。 (W/m3)； E、E关系:显然， E和E之间具有如下关系： E E d   = 0 黑体一般采用下标b表示，如黑体的辐射力为Eb，黑体的光谱辐射 力为Ebλ   d dE E =

辐射换热基本概念 定向辐射强度 单位时间内,从空间指定0方向的微元立体角内离开单位可见辐 射面积的全波段的辐射能量。单位是W/m2sr,用l表示。 d eda cos e do θ方向所辐射的全波段能量 0方向的立体角 dl4cosOθ方向的可见辐射面积

8 辐射换热基本概念 定向辐射强度 单位时间内，从空间指定方向的微元立体角内离开单位可见辐 射面积的全波段的辐射能量。单位是W/m2 sr，用I表示。 cos dQ I d dA     = dQ d dAcos 方向所辐射的全波段能量 方向的立体角 方向的可见辐射面积

立体角 球面面积除以球半径的平方称为立体角,单位:sr(球面度) do 六= sin eded dAe de 立体角 rsIn 6 定义图 da da 9

9 球面面积除以球半径的平方称为立体角，单位：sr(球面度). sin d d d d 2  = = r Ac 立体角 定义图 立 体 角

立体角 rsin adp rde rsIn do dacos e d2 dop 微元立体角 可见辐射面积 10

10 微元立体角 可见辐射面积 立 体 角