《化工原理》课程教学资源（知识点讲解）4.4热辐射

热辐射热辐射的基本概念辐射能的吸收、反射和透过当物体向外界辐射的能量入射辐射Q反射Q,与其从外界吸收的辐射能不等时，该物体就与外界产生热量的传递热辐射可以在真空中传播吸收Q不需要任何物质作媒介穿透Qd工程上，热辐射是高温物体的主要传热方式固体和液体的热辐射只发生在物体的表面层，因此只有能够互相照见的物体间才能进行辐射传热：本节讨论固体表面间的热辐射。GLL

入射辐射Q 反射Qr 吸收Qa 穿透Qd 辐射能的吸收、反射和透过 热辐射 热辐射的基本概念 当物体向外界辐射的能量 与其从外界吸收的辐射能 不等时，该物体就与外界 产生热量的传递 热辐射可以在真空中传播 不需要任何物质作媒介 工程上，热辐射是高温物体的主要传热方式 固体和液体的热辐射只发生在物体的表面层，因此只有 能够互相照见的物体间才能进行辐射传热；本节讨论固 体表面间的热辐射。 GLL

热射线：可转变为热能的射线理论上是波长为0~80的各种电磁波。但具有实际意义的波长范围是0.38~1000um。并且大部分能量集中于红外线区段的0.76~20um范围内。约为0.4-600μm热射线无线电波紫外线伦琴射线-可见光丫射线红外线波长入μm10-610-510-410-310-210-1110102103104电磁波谱GLL

1 10 1 2 10 10 2 10 3 10 4 10 6 10 5 10 4 10 3 10 无 线 电 红 波 外 线 紫 外 线 伦 琴 射 线  射 线 热射线 电磁波谱 波长 m 约为 0.4-600 m 可 见 光 热射线：可转变为热能的射线 理论上是波长为0~∞的各种电磁波。 但具有实际意义的波长范围是0.38~1000m 。 并且大部分能量集中于红外线区段的0.76~20m范围内。 GLL

黑体、镜体、透热体：三种理想物体Q=Q.+Q.+0a:吸收率Q.Q,Qar:反射率QQQd:透过率1=a+r+d固体和液体：d=0则r+a=1气体：r=0则a+d=1黑体：a=1、镜体：r=1、透热体：d-1QAQpGLL

黑体、镜体、透热体: 三种理想物体 固体和液体: d=0 则 r+a=1 气体: r=0 则 a+d=1 黑体: a=1、镜体: r=1、透热体: d=1 a r d Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q a r d a r d          1 1 QA Q QR QD a:吸收率 r:反射率 d:透过率 GLL

固体辐射黑体的辐射能力E一斯蒂芬-波尔兹曼定律黑体是理想化的物体；不存在绝对的黑体。其概念的引入是理论研究的需要。辐射能力是指单位时间单位黑体表面向外界辐射的全部波长的总能量。理论研究表明：黑体的辐射能力服从斯蒂芬-波尔兹曼定律E,=0,T4式中o,=5.67X×10-8W/(m2K)是黑体的辐射常数，T(K)黑体表面的绝对温度。GLL

固体辐射 黑体的辐射能力Eb —斯蒂芬-波尔兹曼定律 黑体是理想化的物体；不存在绝对的黑体。其概念的引 入是理论研究的需要。 辐射能力是指单位时间单位黑体表面向外界辐射的全部 波长的总能量。 理论研究表明:黑体的辐射能力服从斯蒂芬-波尔兹曼定律 Eb =0T4 式中0 =5.67×10-8W/(m2K4 )是黑体的辐射常数，T(K)黑 体表面的绝对温度。 GLL

斯蒂芬一波尔兹曼定律（四次方定律）Co=5.67W/m2K4E, =C100表明辐射传热对温度非常敏感：低温时可忽略不计，但高温时，往往成为主要的传热方式。例4-14:试计算一黑体表面温度分别为25℃及700℃时的辐射能力.并比较之。273+2525℃时E=C447W/m25.67100100Eb2/Eb1=50820/447=113.7（273+700）700℃时 E=c= 5.67×=50820W/m100可见，同一黑体温度变化700/25=28倍时，辐射能力增加113.7倍。低温时，辐射传热常可忽略；高温时，则可能是主要的传热方式GLL

斯蒂芬-波尔兹曼定律（四次方定律） 表明辐射传热对温度非常敏感：低温时可忽略不计，但 高温时，往往成为主要的传热方式。 4 0 100        T Eb C C0=5.67W/m2K4 例4-14:试计算一黑体表面温度分别为25℃及700℃时的辐射能力,并比较之。 2 4 4 1 b1 0 447 / 100 273 25 5.67 100 W m T E C                  2 4 4 2 b2 0 50820 / 100 273 700 5.67 100 W m T E C                  Eb2 / Eb1  50820/ 447  113.7 可见，同一黑体温度变化700/25=28倍时，辐射能力增加113.7倍。 低温时，辐射传热常可忽略；高温时，则可能是主要的传热方式。 25℃时 700℃时 GLL

实际物体的辐射能力E实际物体的辐射能力恒小于同温度下黑体的辐射能力。黑度：在同温度下，实际物体的辐射能力与黑体的辐射能力之比，即E≤1..E=E,=&C6=Ep100※黑度不是颜色的概念，它表明物体的辐射能力接近于黑体的程度。物体的黑度只与辐射物体本身情况有关，如物体种类、表面温度、表面状况（如粗糙度、表面氧化程度等），是物体的一种性质。表4-4给出一些常见材料的黑度值。黑体的吸收率为1，而实际物体的吸收率由以下因素决定a=f物体种类，表面温度表面状况，投入辐射满波长）GLL

实际物体的辐射能力E 实际物体的辐射能力恒小于同温度下黑体的辐射能力。 黑度：在同温度下，实际物体的辐射能力与黑体的辐射 能力之比，即 ※黑度不是颜色的概念，它表明物体的辐射能力接近于 黑体的程度。物体的黑度只与辐射物体本身情况有关， 如物体种类、表面温度、表面状况（如粗糙度、表面氧 化程度等），是物体的一种性质。 表4-4给出一些常见材料的黑度值。 4 0 100 1            T E E C E E b b    黑体的吸收率为1，而实际物体的吸收率由以下因素决定 a  f (物体种类，表面温度，表面状况，投入辐射波的波长) GLL

灰体的辐射能力：克希荷夫定律灰体：对各种波长辐射能力均能同等吸收的理想物体。其概念的引入可大大简化辐射传热的计算。克希荷夫定律：同温度下，同一灰体的吸收率与其黑度在数值上必相等，即a。但意义不同：8表示灰体发射的辐射能占同温度下黑体发射的分数：a表示外界投入的辐射能可被物体吸收的分数。推论：任何物体的辐射能力与其吸收率的比值，恒等于同温度下黑体的辐射能力，并只和温度有关，与物体的性质无关。善于吸收辐射能的物体，也善于发射辐射能。在一定温度条件下，黑体具有最大的辐射能力和吸收率。克希荷夫定律的另一种表达式：E/a=EpGLL

灰体的辐射能力：克希荷夫定律 灰体：对各种波长辐射能力均能同等吸收的理想物体。 其概念的引入可大大简化辐射传热的计算。 克希荷夫定律：同温度下，同一灰体的吸收率与其黑度 在数值上必相等, 即=a。但意义不同：  表示灰体发射的辐射能占同温度下黑体发射的分数； a 表示外界投入的辐射能可被物体吸收的分数。 推论： 任何物体的辐射能力与其吸收率的比值,恒等于同温度下 黑体的辐射能力,并只和温度有关, 与物体的性质无关。 善于吸收辐射能的物体, 也善于发射辐射能。 在一定温度条件下, 黑体具有最大的辐射能力和吸收率。 克希荷夫定律的另一种表达式：E/a=Eb。 GLL

定常态热辐射过程，灰体的宏观传热结果对封闭系统[") (")Q12 = A,P126,C111+12P218,是系统黑度，在实际计算中可进行简化，见下表。GLL

定常态热辐射过程，灰体的宏观传热结果 对封闭系统  s是系统黑度，在实际计算中可进行简化，见下表。                                            1 1 1 1 1 1 100 100 2 2 1 1 1 2 4 2 4 1 1 2 1 1 2 0        s s T T Q A C GLL

系统黑度的确定角系数系统黑度灰体相对位置计算面积1.1极大的两平行面A,或A2P12 = P21 =1同上2 有限的两相8s= 8,×8,等的平行面3很大的物体2A1P12 =1一C包住物体12物体2恰好包住A1P12 =1物体1:A,~A2115界于3、4之间P12 =1AlGLL

系统黑度的确定 灰体相对位置 计算面积 角系数 系统黑度 1 极大的两平行面A1或A2 12 = 21 =1 2 有限的两相 同上 S= 1×2 等的平行面 3 很大的物体2 A1 12 =1 S= 1 包住物体1 4 物体2恰好包住 A1 12 =1 物体1: A1≈A2 5 界于3、4之间 A1 12 =1 1 1 2 1 1 1                s 1 2 2 1 1 1 1 1                        A A s 1 1 2 1 1 1                s GLL

内包及内包物体具有凸表面系统2大房间内高温管道的辐射散热，气体管道内热电偶测温的辐射误差计算都属于此种情况。GLL

2 1 2 1 内包及内包物体具有凸表面系统 大房间内高温管道的辐射散热，气体管道内热电偶测温的辐 射误差计算都属于此种情况。 GLL