《化工原理》课程教学资源（讲稿）第四章 传热_4.6 辐射传热

4.63辐射传热4.6.1基本概念1．辐射：物体通过电磁波来传递能量的过程。2.热辐射：物体由于热的原因以电磁波的形式向外发射能量的过程特点：能量传递的同时还伴随着能量形式的转换：不需要任何介质

1 4.6.1 基本概念 1. 辐射：物体通过电磁波来传递能量的过程。 2. 热辐射：物体由于热的原因以电磁波的形式向 外发射能量的过程。 特点：  能量传递的同时还伴随着能量形式的转换；  不需要任何介质。 4.6 辐射传热

3.热辐射对物体的作用总能量Q；被物体吸收Q；被反射QR；穿过物体Q能量守恒定律：NQ=QA +QR +QRA+R+D=12式中吸收率；OQQRODR反射率;-00透过率；D:1Q

2 能量守恒定律： Q  QA  QR  QD A  R  D  1 3. 热辐射对物体的作用 总能量Q；被物体吸收QA ；被反射QR ；穿过物体QD Q Q A A  ——吸收率； Q Q R R  ——反射率； Q Q D D  ——透过率； 式中 QR QD QA N Q

A,R,D = f(物体性质、温度、表面、辐射波长)固体、液体：D=0R+A=1气体：R=0A+D=1黑体：A=1白体（镜体）：R=1透热体：D=1单原子气体或对称双原子气体灰体：指能以相同的吸收率吸收所有波长的辐射能的物体

3 黑体： A  1 白体（镜体）： R  1 A,R,D = f(物体性质、温度、表面、辐射波长） 灰体：指能以相同的吸收率吸收所有波长 的辐射能的物体。 固体、液体： D=0 R+A=1 气体： R=0 A+D=1 透热体： D  1 单原子气体或对称双原子气体

4.6.2物体的辐射能力物体在一定温度下，单位表面积，单位时间内所发射的全部辐射能E（波长从0到8），W/m2。物体的单色辐射能力：物体在一定温度下，发射某种波长的能力；以E,表示，单位W/m3。辐射能与单色辐射能的关系:E=~E,dEba普朗克定律e/aT

4 4.6.2 物体的辐射能力 物体在一定温度下，单位表面积，单位时间内 所发射的全部辐射能E（波长从0到），W/m2 。 物体的单色辐射能力：物体在一定温度下， 发射某种波长的能力；以E表示，单位W/m3 。 辐射能与单色辐射能的关系： E E d    0 1 / 5 1 2    b c T e c E    普朗克定律

其中c, =3.743×10-16W·mC2 =1.4387×10-2 m·K一、黑体TE, = Eoad=0,T4 =Co100斯蒂芬-波尔茨曼定律式中oo一黑体辐射常数，=5.67× 10-8W/(m2.K4);C。——黑体辐射系数，=5.67W/ (m2.K4)四次方定律表明，热辐射对温度特别敏感

5 1.4387 1 0 m K 3.743 1 0 W m 2 2 1 6 2 1         c 其 中c 式中0─黑体辐射常数， =5.67× 10-8W/(m2 .K 4)； C0──黑体辐射系数， =5.67W/(m2 .K 4) 一、黑体 4 0 4 0 0 ) 100 ( T Eb  E d  o T  C      斯蒂芬-波尔茨曼定律 四次方定律表明，热辐射对温度特别敏感

二、实际物体E物体的黑度：S一Eb物体的黑度：物体的种类、表面温度、表面状况波长。是物体辐射能力接近黑体辐射能力的程度三、灰体E = E, = &Co) =c(100)100式中 C—灰体的辐射系数，C=5.669cW/（m2.K4某些工业材料的黑度见表4-11(P265)

6 二、 实际物体 物体的黑度： Eb E   <1 物体的黑度：物体的种类、表面温度、表面状况、 波长。是物体辐射能力接近黑体辐射能力的程度。 式中 C——灰体的辐射系数，C=5.669W/(m2.K 4) 4 4 0 100 100                T C T E Eb C 三、灰体 某些工业材料的黑度见表4-11(P265)

四、克希霍夫定律对灰体：Q = E, - A,E热交换达到平衡时T,=T2,Q=0EEl=E,E, = A,E(1-A) EDAA,Ep^E任意物体：=EI一A黑体灰体克希霍夫定律T > T2Al反应辐射能力与吸收率之间的关系A2=1

7 四、克希霍夫定律 T1 > T2 A1 A2=1 对灰体: Q  E1  A1 Eb 热交换达到平衡时 T1=T2,Q=0 E1  A1 Eb Eb A E  1 1 任意物体: Eb A E  E1 Eb （1-A1）Eb A1Eb Ⅰ 灰体 Ⅱ 黑体 克希霍夫定律 反应辐射能力与吸收率之间的关系

结论：(1)任何物体的发射能力与吸收率的比值均相同，且等于同温度下绝对黑体的发射能力。物体的发射能力越强，其吸收率越大(2)A=即同温度下，物体的吸收率与黑度在数值上相等。（3）A<1，E<Eb，即在任何温度下各种物体中以绝对黑体的发射能力为最大

8 结论： （1）任何物体的发射能力与吸收率的比值均 相同，且等于同温度下绝对黑体的发射能力。 物体的发射能力越强，其吸收率越大。 （2）A= 即同温度下，物体的吸收率与黑度在数值 上相等。 （３）Ａ＜１，Ｅ＜Ｅb，即在任何温度下， 各种物体中以绝对黑体的发射能力为最大

两固体间的相互辐射4.5.3一、两无限大平行灰体壁面间的相互辐射E2DE(1-A2)E(1-A,X1-A)E,(1A,)(-A2)E)(1-A(1-AE2(1-A,)(1-A2)2E(1-A,)(1-A2YE,(1-A)2(1-A)2E)33(1-A2)E2TTT,2T2(2)(1)两平行灰体间的相互辐射

9 一、两无限大平行灰体壁面间的相互辐射 4.5.3 两固体间的相互辐射

qi-2 = E,A,(1+ R,R + RR2 + ...)- E,A(1+ RR, + RR2 + ...A,E, - AE, -A,E, -AEqi-2 =1- RR,1-RR21- R,R2A,E, -AE,A,E, -AE,1-(1-A,)(1-A2) A, +A, -A,A291-2板1向板2传递的净辐射热通量，W/m210

10 q1-2板1向板2传递的净辐射热通量，W/m2 (1 ) (1 ) 2 2 2 2 1 1 2 1 2 2 2 q1 2  E1 A2  R1 R2  R1 R    E A  R R  R R   1 2 1 2 2 1 1 2 1 2 2 1 1 2 1 2 2 1 1 2 1 2 1 2 1 2 2 1 1 2 1 (1 A ) (1 A ) A A A A 1 1 1                  A E A E A E A E R R A E A E R R A E R R A E q