化工原理辐射传热课件.ppt

1、2022-8-10第第第第第第四四四四四四章章章章章章 传热传热传热传热传热传热一、基本概念和定律一、基本概念和定律二、两固体间的辐射传热二、两固体间的辐射传热三、对流和辐射的联合传三、对流和辐射的联合传热热第第第第第第六六六六六六节节节节节节 辐射传热辐射传热辐射传热辐射传热辐射传热辐射传热2022-8-10一、基本概念和定律一、基本概念和定律一、基本概念和定律一、基本概念和定律一、基本概念和定律一、基本概念和定律1、热辐射、热辐射 热辐射：物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射 辐射传热：不同物体间相互辐射和吸收能量的综合过程2、热射线、热射线 热射线：可见光线和红外光线统称为热射线服从

2、反射定律和折射定律 能在均一介质中作直线传播 在真空和大多数的气体（惰性气体和对称的双原子气体）中热射线可以完全透过 2022-8-103、热辐射对物体的作用、热辐射对物体的作用 QQQQDRA1QQQQQQDRA1DRA物体的吸收率 物体的反射率 物体的透过率 QQAAQQRRQQDD2022-8-10 4、黑体、镜体、透热体和灰体、黑体、镜体、透热体和灰体 黑体（绝对黑体）：能全部吸收辐射能的物体，即A=1的物体 镜体（绝对白体）：能全部反射辐射能的物体，即R=1的物体 透热体：能透过全部辐射能的物体，即D=1的物体 灰体：能够以相等的吸收率吸收所有波长辐射能的物体 灰体的特点：灰体的特点

3、：它的吸收率A不随辐射线的波长而变。它不是透热体，即A+R=1,D=0。2022-8-105、物体的发射能力物体的发射能力-斯帝芬斯帝芬-波尔茨曼定律波尔茨曼定律物体的辐射能力：物体在一定的温度下，单位表面积、单位时间内所发射的全部波长的总能量。用E表示，单位：W/m2。黑体的辐射能力：绝对黑体的辐射能力和绝对温度的四次方 成正比。400100TCE斯蒂芬斯蒂芬-波尔茨曼定律波尔茨曼定律 黑体的辐射系数 KmwC20/67.52022-8-10灰体的辐射能力E 4100TCEC：灰体的发射系数，取决于物体性质、表面情况和温度。黑度（发射率）：同一温度下，灰体的发射能力与黑体发射能力的比值。表明

4、：表明：灰体接近黑体的程度，值由实验测定。00CCEE0EE40100TC实验证明：2022-8-10材料温度红砖200.93耐火砖0.80.9钢板(氧化的)2006000.8钢板(抛光的)94011000.550.61铝(氧化的)2006000.110.19铝(抛光的)2255750.0390.057铜(氧化的)2006000.570.87铜(抛光的)0.03铸铁(氧化的)2006000.640.78铸铁(抛光的)3309100.60.7某些工业材料的黑度2022-8-106、克希霍夫定律、克希霍夫定律 011EAE 011EAE02211EAEAEAE克希霍夫定律克希霍夫定律 一切物体的发

5、射能力与其吸收率得比值均相等，且等于同温度下的绝对黑体的发射能力，其值只与温度有关。E0AE0E0)1(EAA灰体B黑体A发射辐射能全部被B吸收。B发射辐射能：部分被A吸收；部分被A反射。2022-8-10由 0EE和 0EAE0EEA在同一温度下，物体的吸收率和黑度在数值上相等。表示灰体发射能力占黑体发射能力的分数A为外界投射来的辐射能被物体吸收的分数 2022-8-10二、两固体间的相互辐射二、两固体间的相互辐射二、两固体间的相互辐射二、两固体间的相互辐射二、两固体间的相互辐射二、两固体间的相互辐射 1、两无限大平行灰体壁面之间的相互辐射两无限大平行灰体壁面之间的相互辐射 工业上常遇到两固

6、体间的相互热辐射，可近似按灰体处理，故较复杂。两固体间辐射传热的净传热量与两物体的温度、形状、相对位置以及物体本身性质有关。不考虑几何因素 面积很大，距离很近，两大平行灰体平板间的相互辐射。平板1：T1、E1、A1 平板2：T2、E2、A2 2022-8-1012E1板1辐射总能量：R2E1R22R12E1R2R1E1R22R1E1R23R12E1R23R13E1R24R13E1板2辐射总能量：)1()1)()()(22212121222121211132211221211222112111RRRRAERRRRREEERRERRREERRERREq)1()1)()()(212212122122

7、12122231222212122212221222RRRRAERRRRREEERRERRREERRERREq2022-8-102022-8-10板1向板2传递的净辐射热通量：2121122121122121122121222121122221212121)1)(1(111)1()1(AAAAAEAEAAAEAERRAERRAERRRRAERRRRAEq 2022-8-10440100,1TCEARA2121122121AAAAAEAEq424121021100100111TTCq2022-8-1042412121100100TTCq11121021CC0211111CCCC1-2总辐射系数

8、2022-8-10在面积均为A相距很小的平行面间的辐射传热速率为：42412121100100TTACQ 当两平行壁面间距离与表面积相比不是很小时，辐射传热速率应写为：42412121100100TTACQ2022-8-10 C1-2：物体1对物体2的总发射系数，取决于壁面的性质和两个壁面的几何因素。（具体参见书本列表）例：车间内有一高和宽各为3m的铸铁炉门，其温度为227，室内温度为27。为了减少热损失，在炉门前50mm处设置一块尺寸和炉门相同的而黑度为0.11的铝板，试求放置铝板前、后因辐射而损失的热量。：几何因子或角度系数，表示从辐射面积A所发射出的能量为另一物体表面所拦截的分数。数值与

9、两表面的形状、大小、相互位置以及距离有关。2022-8-10解解：(1)放置铝板前因辐射损失的热量)100()100(42412121TTSCQ取铸铁的黑度为78.0121933mSS)/(423.478.067.5421021KmWCC12022-8-10)10027327()100273227(91423.44421QW410166.2（2）放置铝板后因辐射损失的热量用下标1、2和i分别表示炉门、房间和铝板。假定铝板的温度为TiK，则铝板向房间辐射的热量为：)100)100(42422TTSCQiii2022-8-10式中：2933mSSi)/(624.011.067.54202KmWCC

10、ii181)100(9624.042iiTQ 炉门对铝板的辐射传热可视为两无限大平板之间的传热，故放置铝板后因辐射损失的热量为：)100()100(44111iiiTTSCQ2022-8-10式中：219mSS1)/(605.0111.0178.01111142101KmWCCii)100(625 9605.041iiTQ当传热达到稳定时，21iiQQ81)100(9624.0)100(625 9605.044iiTT2022-8-10KTi432WQi1510)100432(625 9605.041放置铝板后因辐射的热损失减少百分率为：%10021660151021660%10021121Q

11、QQi%93结论：结论：设置隔热挡板是减少辐射散热的有效方法，而且挡板材料的黑度愈低，挡板的层数愈多，则热损失愈少。2022-8-10三、辐射、对流联合传热三、辐射、对流联合传热三、辐射、对流联合传热三、辐射、对流联合传热三、辐射、对流联合传热三、辐射、对流联合传热 设备的热损失等于对流传热和辐射传热之和。由于对流散失的热量：ttAQwWcC由于辐射而散失的热量：4421100100TTAcQwwR设备向大气辐射传热，12022-8-104421100100TTAcQwwR改成对流传热系数的形式 ttAQwWRRttTTcwwR4421100100辐射传热系数 2022-8-10 总热损失量为：RCTQQQttAwWRCttAwWTRCT对流辐射联合传热系数 对于有保温层的设备、管道等，外面对周围环境的对流、辐射联合传热系数可用近似公式估算。