在緒論中已指出，熱輻射是熱量傳遞的基本方式之一，以熱輻射方式進行的熱量交換稱為輻射換熱。輻射換熱在熱能動力工程、核能工程、冶金、化工、航天、太陽能利用、干燥技術以及日常生活中的加熱、供暖等方面具有非常廣泛的應用。

本章主要從宏觀的角度介紹熱輻射的基本概念、基本定律以及輻射換熱的計算方法。ZHZWtransfers第八章.輻射換熱1ppt課件輻射換熱是指物體之間通過相互輻射和吸收進行的熱量傳輸過程。物體由于自身溫度引起的發(fā)射輻射能的現(xiàn)象,依靠熱射線（電磁波）傳遞熱量熱輻射紫外線0.1--0.38可見光0.38--0.76紅外線0.76--100熱射線：理論上為0—∞范圍，波長在0.1—100μm之間。工程上的熱輻射集中在0.76～40微米的紅外線部分——紅外線輻射。ZHZWtransfers8.輻射換熱8.1

熱輻射的基本概念2ppt課件不需要冷熱物體的直接接觸，也不需要中間介質伴隨有能量形式的轉換，即輻射時由內能轉換為輻射能，吸收時由輻射能轉換為內能。一切溫度高于0K的物體都在不斷地向外發(fā)射輻射能，也在吸收周圍物體發(fā)射到它表面上的輻射能。熱輻射特點高溫物體的熱能以電磁波的形式傳遞給低溫物體ZHZWtransfer8.輻射換熱8.1

熱輻射的基本概念3ppt課件ZHZWtransfers8.輻射換熱8.1

熱輻射的基本概念輻射能的吸收、反射和投射吸收熱能

低溫物體熱能高溫物體輻射能流（熱射線）GGρGτGα穿透

與中間介質無關而由電磁波傳輸反射

4ppt課件物體能將外界投射來的輻射能全部吸收－－黑體ZHZWtransfers8.輻射換熱8.1

熱輻射的基本概念輻射能的吸收、反射和投射能量守恒原理吸收率反射率透射率物體能將外界投射來的輻射能全部反射入射角等于反射角－－鏡體；漫反射－－白體外界投射到物體上的輻射能全部透過物體－－透明體5ppt課件固體、液體：對輻射能的吸收只在物體表面薄層內進行，可認為其透射率：τ=0ZHZWtransfers8.輻射換熱8.1

熱輻射的基本概念輻射能的吸收、發(fā)射和投射表面輻射氣體：對熱輻射幾乎不能反射，即：ρ=0對稱的雙原子氣體、純凈空氣，可認為其基本不吸收輻射能，即α≈0體積輻射6ppt課件物體向外發(fā)射的輻射能包括不同波長和不同空間方向的能量輻射力、輻射強度輻射力：單位時間內，物體的單位表面積向半球空間發(fā)射的全部波長的輻射能量單色輻射力：單位時間內，物體的單位表面積向半球空間發(fā)射的某一特定波長的輻射能量,描述輻射能按波長分布方向輻射力：單位時間內，物體的單位表面積向某一方向單位立體角內發(fā)射的全部波長的輻射能量（定向）輻射強度：單位時間，單位可見輻射面積在單位立體角發(fā)射的全部波長的輻射能量7ppt課件立體角：是一個空間角度，單位為Sr(Steradian)

。

經(jīng)度角dd

緯度角

rSin

rSindrd

dA整個半球的面積為2πr2

，為2π個球面度立體角

=A/r2，Sr

為球面度8ppt課件ndΦddA1CosZHZWtransfers8.輻射換熱8.1

熱輻射的基本概念dA1與方向輻射力關系E=L

Cos

在法線上En=Ln

9ppt課件ZHZWtransfers8.輻射換熱8.1

熱輻射的基本概念漫射表面能向半球空間各方向發(fā)出均勻輻射強度的發(fā)射輻射的表面漫發(fā)射表面漫反射表面能向半球空間各方向均勻反射的表面漫射表面同時漫發(fā)射表面又是漫反射表面10ppt課件有效輻射

單位時間內離開單位面積表面的總輻射能,用符號J表示,單位是W/m2。圖8-3有效輻射示意圖有效輻射包括了自身的發(fā)射輻射E和反射輻射G。G為投射輻射。11ppt課件作業(yè)239頁8-18-28-612ppt課件ZHZWtransfers8.輻射換熱8.2

黑體輻射的基本定律一、黑體和黑體模型

吸收比

=1的物體，簡稱黑體。黑體是一種理想物體。人工黑體模型：

絕對黑體：

黑體的吸收能力最強，輻射能力也最強伊普西龍黑體表面是漫射表面13ppt課件黑體模型隨溫度升高，黑體的單色輻射力和輻射力都在迅速增大；在波長為0、無窮大處，每一分布曲線都有一峰值；隨著溫度升高，黑體的最大單色輻射力向短波長方向移動。二普朗克定律14ppt課件ZHZWtransfers8.輻射換熱8.2

黑體輻射的基本定律二、普朗克定律維恩定律15ppt課件ZHZWtransfers8.輻射換熱8.2

黑體輻射的基本定律斯蒂芬－玻爾茲曼定律斯蒂芬常數(shù)，16ppt課件蘭貝特定律nθ

Eb：黑體在θ方向的輻射力

Ebn：黑體在法向的輻射力E=L

CosEn=Ln

Lb=Ebn

=Lbn

Lb1=Lb2=Lb3=…=Lbn黑體的定向輻射強度與方向無關服從蘭貝特定律的表面叫漫輻射表面黑體輻射力Eb與輻射強度Lb的關系17ppt課件一實際物體的輻射特性發(fā)射率：實際物體的輻射力與同溫度下黑體的輻射力的比值發(fā)射率表征實際物體的輻射本領接近于黑體輻射的程度。ZHZWtransfers8.輻射換熱8.3

實際物體和灰體的輻射18ppt課件實際物體的方向輻射特性

定向發(fā)射率（定向黑度）：

實際物體不是漫發(fā)射體，定向發(fā)射率是方向角的函數(shù)。金屬非金屬19ppt課件幾種非金屬材料的定向發(fā)射率

實際物體發(fā)射率數(shù)值大小取決于材料的種類、溫度和表面狀況，通常由實驗測定。

20ppt課件ZHZWtransfers8.輻射換熱8.3實際物體和灰體的輻射實際物體的吸收特性單色吸收率：物體對某一特定波長的投射輻射所吸收的份額自身表面性質與溫度投射波長－－投射物體的表面性質與溫度吸收率：所有波長投射輻射：單位時間內，外界投射到物體單位面積上的輻射能21ppt課件ZHZWtransfers8.輻射換熱8.3實際物體和灰體的輻射基爾霍夫定律實際物體與黑體構成的輻射系統(tǒng)中，在熱平衡條件下實際物體的吸收率等于其發(fā)射率理想物體，簡化輻射換熱計算有重要意義，在紅外輻射波長范圍內大部分工程材料都可近似看做灰體。適用于漫反射，不受投射輻射沿波長的分布影響,僅取決于自身溫度灰體單色吸收率與波長無關的物體22ppt課件ZHZWtransfers8.輻射換熱8.4

角系數(shù)

各物體向外發(fā)射了多少輻射能；各物體向外發(fā)射的輻射能中有多少投射到另一個物體上；各物體吸收了多少投射到它上面的輻射能。由表面1投射到表面2的輻射能量占離開表面1的總輻射能的份額稱為表面1對表面2的角系數(shù)工程上計算輻射換熱角系數(shù)的定義23ppt課件24ppt課件

根據(jù)角系數(shù)的定義,角系數(shù)X1,2和X2,1分別為可以看出，在上述假設條件下，角系數(shù)是幾何量，只取決于兩個物體表面的幾何形狀、大小和相對位置。

（2）角系數(shù)的性質

1）相對性（互換性）：

2）完整性：25ppt課件

3）角系數(shù)的可加性：

（3）角系數(shù)的計算方法

有積分法、代數(shù)法、圖解法(或投影法)等

1）積分法：

根據(jù)角系數(shù)表達式通過積分運算求得角系數(shù)結果查有關手冊（書207頁表）26ppt課件

2）代數(shù)法：

利用角系數(shù)的定義及性質,通過代數(shù)運算確定角系數(shù)。

圖(a)、(b)：

圖(c)：

圖(d)：

三個非凹表面構成的封閉空腔27ppt課件28ppt課件作業(yè)8-78-929ppt課件1.黑體表面之間的輻射換熱

對于任意位置的兩個黑體表面1、2，據(jù)角系數(shù)定義稱為空間輻射熱阻

8-5

封閉系統(tǒng)中灰體表面間的輻射換熱30ppt課件

如果由n個黑體表面構成封閉空腔,那么每個表面的凈輻射換熱量為

注意：1,2是兩個任意位置的黑體表面1、2之間直接的輻射換熱量，沒考慮其它表面的影響。如果兩個黑體表面構成封閉腔，則1,2是兩個表面凈交換的熱量。輻射網(wǎng)絡31ppt課件2灰表面間的輻射換熱1.有效輻射：單位時間內離開單位面積的總輻射能為該表面的有效輻射，見右圖。包括了自身的發(fā)射輻射E和反射輻射G。G為投射輻射。2.輻射表面熱阻圖8-3有效輻射示意圖32ppt課件改寫為：式中，稱為表面熱勢差；則被稱為表面輻射熱阻。外部：內部：表面輻射熱阻網(wǎng)絡單元33ppt課件3.組成封閉空腔兩灰表面間的輻射換熱兩個物體組成的輻射換熱系統(tǒng)兩灰表面封閉空腔的輻射網(wǎng)絡

34ppt課件

對于兩塊平行壁面構成的封閉空腔1,2

稱為系統(tǒng)黑度

對于凸型物體1和包殼2之間的輻射換熱,如果，35ppt課件例題8-10

計算車間內蒸汽管道外表面的輻射散熱損失。已知管道保溫層外徑

do=583mm，外壁溫度tw=48℃，室溫t0=23℃。36ppt課件則上式變?yōu)楝F(xiàn)在在兩面之間插入一塊發(fā)射率仍為的遮熱板，這樣就組成了兩個換熱系統(tǒng)，如圖所示.4.遮熱板為簡單起見，假設37ppt課件穩(wěn)態(tài)時有:可見，與沒有遮熱板時相比，輻射換熱量減小了一半。38ppt課件網(wǎng)絡法(又稱熱網(wǎng)絡法，電網(wǎng)絡法等)的原理，是用電學中的電流、電位差和電阻比擬熱輻射中的熱流、熱勢差與熱阻，用電路來比擬輻射熱流的傳遞路徑。但需要注意的是，這兩種方法都離不開角系數(shù)的計算，所以，必須滿足漫灰面、等溫、物性均勻以及投射輻射均勻的四個條件。下面從介紹相關概念入手，逐步展開。網(wǎng)絡法的應用舉例

5.組成封閉空腔的多個灰表面間的輻射換熱兩灰表面封閉系統(tǒng)輻射換熱等效網(wǎng)絡圖39ppt課件

根據(jù)電路中的基爾霍夫定律——流入節(jié)電的電流總和等于零，列出個個節(jié)點的熱流方程，組成有效輻射的聯(lián)立方程組，見40ppt課件求解上面方程組獲得，根據(jù)：計算凈輻射熱流，其中i代表表面1或表面2。在上面的過程中需要注意的是(1)節(jié)點的概念；(2)每個表面一個表面熱阻，每對表面一個空間熱阻；(3)以及畫電路圖的一些基本知識。下面再來看一下三個表面的情況。與兩個表面相似，首先需要畫出等效網(wǎng)絡，列出各節(jié)點的電流方程。41ppt課件由三個表面組成的封閉系統(tǒng)三表面封閉腔的等效網(wǎng)絡圖42ppt課件節(jié)點的熱流方程如下：求解上面的方程組，再計算凈換熱量。43ppt課件A

畫等效電路圖；B

列出各節(jié)點的熱流(電流)方程組；C

求解方程組，以獲得各個節(jié)點的等效輻射；D

利用公式