精编清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热资料.ppt

1、1第十一章 辐射换热 第第八八章章已已指指出出，热热辐辐射射是是热热量量传传递递的的基基本本方方式式之之一一，以以热热辐辐射射方方式式进进行行的的热热量量交交换换称称为为辐辐射射换换热热。辐辐射射换换热热在在热热能能动动力力工工程程、核核能能工工程程、冶冶金金、化化工工、航航天天、太太阳阳能能利利用用、干干燥燥技技术术以以及及日日常常生生活活中中的的加加热热、供供暖暖等等方方面面具具有有非非常广泛的应用常广泛的应用。本本章章主主要要从从宏宏观观的的角角度度介介绍绍热热辐辐射射的的基基本本概念、基本定律以及辐射换热的计算方法。概念、基本定律以及辐射换热的计算方法。选仿自集绒频赔旺碱慎斌良剖晋赚此

2、交患闺疫尔虏双澳蚂跋辛愈契性孤断清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热211-1 热辐射的基本概念 1.吸收、反射与透射 投投投投入入入入辐辐辐辐射射射射:单单单单位位位位时时时时间间间间内内内内投投投投射射射射到到到到单单单单位位位位面面面面积积积积物物物物体体体体表表表表面面面面上上上上的的的的全全全全波波波波长长长长范范范范围围围围内的辐射能。内的辐射能。内的辐射能。内的辐射能。G G W/mW/m2 2 反射辐射反射辐射反射辐射反射辐射:G G W/mW/m2 2 吸收辐射吸收辐射吸收辐射吸收辐射:G G

3、 W/mW/m2 2 透射辐射透射辐射透射辐射透射辐射:G G W/mW/m2 2 锯鉴逾功毒廖盘娩毋汹笨退夜畜筒尿茫碍摸慎乱獭横牟艳文户保烛耻用键清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热3吸收比吸收比吸收比吸收比 反射比反射比反射比反射比透射比透射比透射比透射比 根据能量守恒根据能量守恒根据能量守恒根据能量守恒，如果投入辐射是某一波长如果投入辐射是某一波长如果投入辐射是某一波长如果投入辐射是某一波长 的辐射能的辐射能的辐射能的辐射能G G ，则，则，则，则 光谱吸收比光谱吸收比光谱吸收比光谱吸收比 光谱反射比光谱

4、反射比光谱反射比光谱反射比 光谱透射比光谱透射比光谱透射比光谱透射比 与与与与 的关系：的关系：的关系：的关系：片腋郎绦贮围栏仁龙帽蹿伞靠土准理宵烧洪郑承酿穷啪幻醇隐岿民药棠倪清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热4 注意：（1 1 1 1）属属属属于于于于物物物物体体体体的的的的辐辐辐辐射射射射特特特特性性性性，取取取取决决决决于于于于物物物物体的种类、温度和表面状况，是波长的函数。体的种类、温度和表面状况，是波长的函数。体的种类、温度和表面状况，是波长的函数。体的种类、温度和表面状况，是波长的函数。不不不不仅

5、仅仅仅取取取取决决决决于于于于物物物物体体体体的的的的性性性性质质质质，还还还还与与与与投投投投射射射射辐辐辐辐射射射射能能能能的波长分布有关。的波长分布有关。的波长分布有关。的波长分布有关。（2 2 2 2）固固固固体体体体和和和和液液液液体体体体对对对对辐辐辐辐射射射射能能能能的的的的吸吸吸吸收收收收和和和和反反反反射射射射基基基基本本本本上上上上属属属属于于于于表表表表面面面面效效效效应应应应：金金金金属属属属的的的的表表表表面面面面层层层层厚厚厚厚度度度度小小小小于于于于1 1 1 1 mm；绝绝绝绝大大大大多多多多数数数数非金属的非金属的非金属的非金属的表面层厚度小于表面层厚度小于表

6、面层厚度小于表面层厚度小于1 1 1 1mmmm。（3 3 3 3）对于固体和液体，）对于固体和液体，）对于固体和液体，）对于固体和液体，。镜反射镜反射镜反射镜反射与与与与漫反射漫反射漫反射漫反射：产产产产生生生生何何何何种种种种反反反反射射射射决决决决于于于于物物物物体体体体表表表表面面面面的的的的粗粗粗粗糙糙糙糙程程程程度度度度和和和和投投投投射射射射辐辐辐辐射射射射能的波长能的波长能的波长能的波长 。迄荷圈愤资弛畴乐先槽番蛛氢撑则笺醉晦奴说诽慌蚤裔粱蓟剪蒙姿痒诅同清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热52.

7、灰体与黑体 灰体灰体灰体灰体：注意注意注意注意：黑体、白体与黑色、白色物体的区别。：黑体、白体与黑色、白色物体的区别。：黑体、白体与黑色、白色物体的区别。：黑体、白体与黑色、白色物体的区别。光光光光谱谱谱谱辐辐辐辐射射射射特特特特性性性性不不不不随随随随波波波波长长长长而而而而变变变变化化化化的的的的假假假假想想想想物物物物体体体体，即即即即 分别等于常数。分别等于常数。分别等于常数。分别等于常数。绝对黑体绝对黑体绝对黑体绝对黑体：吸吸吸吸收收收收比比比比 =1 1的的的的物物物物体体体体，简简简简称称称称黑黑黑黑体体体体。黑黑黑黑体体体体和灰体一样，是一种理想物体。和灰体一样，是一种理想物体

8、。和灰体一样，是一种理想物体。和灰体一样，是一种理想物体。人工黑体模型人工黑体模型人工黑体模型人工黑体模型：镜体镜体镜体镜体（漫反射时称为白体）：（漫反射时称为白体）：（漫反射时称为白体）：（漫反射时称为白体）：=1=1 绝对透明体绝对透明体绝对透明体绝对透明体 ：=1=1 的榷描班宛龄阎宇哑哲皮开框失洪古瘫挂弟丰很铺凌侨洽匙勋偏紫衍锄历清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热63.辐射强度 辐辐辐辐射射射射强强强强度度度度说说说说明明明明物物物物体体体体表表表表面面面面在在在在空空空空间间间间某某某某个个个个方方

9、方方向向向向上上上上发发发发射射射射辐辐辐辐射能的多少。射能的多少。射能的多少。射能的多少。立体角立体角立体角立体角：半半半半 径径径径 为为为为 r r的的的的球球球球面面面面上上上上面面面面积积积积A A与与与与球球球球心心心心所所所所对应的空间角度，对应的空间角度，对应的空间角度，对应的空间角度，单位为单位为单位为单位为SrSr（球面度球面度球面度球面度）（，）方方方方向向向向上上上上的的的的微微微微元元元元面面面面积积积积 dAdA2 2对对对对球球球球心心心心所所所所张的微元立体角张的微元立体角张的微元立体角张的微元立体角 圈稗悸舜腹绝蛮售悍赂诉刨拳袍显蔷冠夷往掣襟矩洼丧业抉茂葫那辈

10、笑吝清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热7辐射强度辐射强度辐射强度辐射强度：单单单单位位位位时时时时间间间间内内内内从从从从单单单单位位位位投投投投影影影影面面面面积积积积（可可可可见见见见面面面面积积积积）所所所所发发发发出的包含在单位立体角内的所有波长的辐射能。出的包含在单位立体角内的所有波长的辐射能。出的包含在单位立体角内的所有波长的辐射能。出的包含在单位立体角内的所有波长的辐射能。称称称称为为为为d dA A1 1在在在在（，）方方方方向向向向的的的的辐辐辐辐射射射射强强强强度度度度，或或或或称称称称为

11、为为为定定定定向辐射强度向辐射强度向辐射强度向辐射强度，单位是，单位是，单位是，单位是W/(mW/(m2 2 Sr)Sr)。师蓑澈铱刀皂机饮男握峰穴仅依遇梁零葬臻重饯坦顾芍屁私简蛮观疟烙蓝清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热8 辐辐辐辐射射射射强强强强度度度度的的的的大大大大小小小小不不不不仅仅仅仅取取取取决决决决于于于于物物物物体体体体种种种种类类类类、表表表表面面面面性性性性质质质质、温温温温度度度度，还还还还与与与与方方方方向向向向有有有有关关关关。对对对对于于于于各各各各向向向向同同同同性性性性的的的的

12、物物物物体体体体表表表表面面面面，辐辐辐辐射射射射强度与角强度与角强度与角强度与角 无关，无关，无关，无关，。光谱辐射强度光谱辐射强度光谱辐射强度光谱辐射强度：某某某某波波波波长长长长辐辐辐辐射射射射能能能能的的的的辐辐辐辐射射射射强强强强度度度度称称称称为为为为该该该该波长的波长的波长的波长的光谱辐射强度光谱辐射强度光谱辐射强度光谱辐射强度。辐射强度辐射强度辐射强度辐射强度与与与与光谱辐射强度光谱辐射强度光谱辐射强度光谱辐射强度之间的关系之间的关系之间的关系之间的关系 光谱辐射强度光谱辐射强度光谱辐射强度光谱辐射强度的单位为的单位为的单位为的单位为W/(mW/(m3 3 Sr)Sr)或或或或

13、W/(mW/(m2 2mm Sr)Sr)。现紫旅搁臭兑儒钒哇报廉迫坐钝轧暴告膏恕屯笼磺匝婪树庸级泡自磐肛药清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热9 4.辐射力 辐辐辐辐射射射射力力力力：在在在在单单单单位位位位时时时时间间间间内内内内，每每每每单单单单位位位位面面面面积积积积表表表表面面面面向向向向半半半半球球球球空空空空间间间间发射的全部波长的辐射能发射的全部波长的辐射能发射的全部波长的辐射能发射的全部波长的辐射能，用用用用E E表示，单位为表示，单位为表示，单位为表示，单位为W/mW/m2 2。光谱辐射力光谱

14、辐射力光谱辐射力光谱辐射力：在在在在 波波波波长长长长范范范范围围围围内内内内单单单单位位位位波波波波长长长长的的的的辐辐辐辐射力射力射力射力，用用用用E E 表示，单位为表示，单位为表示，单位为表示，单位为W/mW/m3 3。辐射力辐射力辐射力辐射力与与与与光谱辐射力光谱辐射力光谱辐射力光谱辐射力之间的关系之间的关系之间的关系之间的关系 定向辐射力定向辐射力定向辐射力定向辐射力：在在在在单单单单位位位位时时时时间间间间内内内内，单单单单位位位位面面面面积积积积表表表表面面面面向向向向某某某某方方方方向向向向发发发发射射射射的的的的单单单单位位位位立立立立体体体体角角角角内内内内的的的的辐辐辐

15、辐射射射射能能能能，用用用用E E 表表表表示示示示，单单单单位位位位为为为为W/W/(m(m2 2 sr)sr)。限矩卑辨虐府敝阳杭项弓肿裹戮闺讽韧伦偿排铲萎士赃陷垣钨综穗晶蹄苗清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热10定向辐射力定向辐射力定向辐射力定向辐射力与与与与辐射力辐射力辐射力辐射力之间的关系：之间的关系：之间的关系：之间的关系：定向辐射力定向辐射力定向辐射力定向辐射力与与与与辐射强度辐射强度辐射强度辐射强度之间的关系：之间的关系：之间的关系：之间的关系：辐射力辐射力辐射力辐射力与与与与辐射强度辐射强度

16、辐射强度辐射强度之间的关系：之间的关系：之间的关系：之间的关系：啄旁彻械闻渭卷增碴刨缨并妙蛹怂肆垄豆厦茄燕矫雁或宜傍鄂吟叫埠拘啪清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热1111-2 11-2 黑体辐射的基本定律 1.1.1.1.普朗克普朗克普朗克普朗克（PlanckPlanck）定律定律定律定律 2.2.2.2.斯忒藩斯忒藩斯忒藩斯忒藩-玻耳兹曼玻耳兹曼玻耳兹曼玻耳兹曼（Stefan-BoltzmannStefan-Boltzmann）定律定律定律定律 3.3.3.3.兰贝特兰贝特兰贝特兰贝特（LambertLam

17、bert）定律定律定律定律穴俭囊骆又适寻耐器帧酬吸氛爽鹿猴荡骑赣坍怜捐仟巷拨曰绅爪祭塌蚜很清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热121.普朗克定律C1=3.74310-16 Wm2;C2=1.43910-2 mK。特点特点特点特点：（1 1 1 1）温温温温度度度度愈愈愈愈高高高高，同同同同一一一一波长下的光谱辐射力愈大；波长下的光谱辐射力愈大；波长下的光谱辐射力愈大；波长下的光谱辐射力愈大；（2 2 2 2）在在在在一一一一定定定定的的的的温温温温度度度度下下下下，黑黑黑黑体体体体的的的的光光光光谱谱谱谱辐辐辐

18、辐射射射射力力力力在在在在某某某某一一一一波长下具有最大值；波长下具有最大值；波长下具有最大值；波长下具有最大值；（3 3 3 3）随随随随着着着着温温温温度度度度的的的的升升升升高高高高，E Eb b 取取取取得得得得最最最最大大大大值值值值的的的的波波波波长长长长 maxmax愈来愈小，即在愈来愈小，即在愈来愈小，即在愈来愈小，即在 坐标中的位置向短波方向移动。坐标中的位置向短波方向移动。坐标中的位置向短波方向移动。坐标中的位置向短波方向移动。躺崖蔬瘁福未提烽泞婪羚墩斗曰唤道丹势银复娇坍缔皋冀吐臣饮夯盖皖旷清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热清华大学热工基础课件工程

19、热力学加传热学12第十一章-辐射换热13维恩维恩维恩维恩（WienWien）位移定律位移定律位移定律位移定律:太太太太阳阳阳阳表表表表面面面面温温温温度度度度约约约约为为为为5800 5800 K K，由由由由上上上上式式式式可可可可求求求求得得得得 maxmax=0.5=0.5 mm，位位位位于于于于可可可可见见见见光光光光范范范范围围围围内内内内，可可可可见见见见光光光光占占占占太太太太阳阳阳阳辐辐辐辐射射射射能能能能的的的的份份份份额额额额约为约为约为约为44.6%44.6%。对对对对于于于于2000 2000 K K温温温温度度度度下下下下黑黑黑黑体体体体,可可可可求求求求得得得得 m

20、axmax=1.45=1.45 mm，位位位位于于于于红外线红外线红外线红外线范围内。范围内。范围内。范围内。2.斯忒藩-玻耳兹曼定律 斯忒藩斯忒藩斯忒藩斯忒藩-玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律表达式：表达式：表达式：表达式：式式式式中中中中 =5.67105.6710-8-8 W/(mW/(m2 2 K K4 4)，称称称称为为为为斯斯斯斯忒忒忒忒藩藩藩藩-玻玻玻玻耳耳耳耳兹兹兹兹曼曼曼曼常常常常量量量量(数数数数)，又称为，又称为，又称为，又称为黑体辐射常数黑体辐射常数黑体辐射常数黑体辐射常数。（四次方定律四次方定律四次方定律四次方定律）由册瓣于械袁保老惫筑齐吼躲敦天滦枕恒

21、茄捎垃膨跨斩毅鞠移僵返目山印清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热14 斯忒藩斯忒藩斯忒藩斯忒藩玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律表达式可直接由下式导出表达式可直接由下式导出表达式可直接由下式导出表达式可直接由下式导出 ：波段辐射力波段辐射力波段辐射力波段辐射力 波段辐射力波段辐射力波段辐射力波段辐射力 占黑体辐射力占黑体辐射力占黑体辐射力占黑体辐射力E Eb b的百分数的百分数的百分数的百分数 纹反武砸壬撬古虑西廷咙梢貌拍捉垣冈逮其庐酗沂畜央维陪企脐无套酚沤清华大学热工基础课件工程热力学加传热学1

22、2第十一章-辐射换热清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热15 根据普朗克定律表达式，根据普朗克定律表达式，根据普朗克定律表达式，根据普朗克定律表达式，f f(T T)称称称称为为为为黑黑黑黑体体体体辐辐辐辐射射射射函函函函数数数数，表表表表示示示示温温温温度度度度为为为为T T 的的的的黑黑黑黑体体体体所所所所发发发发射射射射的辐射能中在波段的辐射能中在波段的辐射能中在波段的辐射能中在波段0 0 内的辐射能所占的百分数。内的辐射能所占的百分数。内的辐射能所占的百分数。内的辐射能所占的百分数。利利利利用用用用黑黑黑黑体体体体辐辐辐辐射射射射函函函函数数数数数数数数值值值值

23、表表表表（317317317317页页页页表表表表111111111 1 1 1）可可可可以以以以很很很很容容容容易易易易地地地地用用用用下下下下式式式式计计计计算算算算黑黑黑黑体体体体在在在在某某某某一一一一温温温温度度度度下下下下发发发发射射射射的的的的任任任任意意意意波波波波段的辐射能量段的辐射能量段的辐射能量段的辐射能量：耐光和靴仑纲闯腾芥润纬帕卓滚尊展贾粤僧募幌裹墅收斋顾赃趴贼跳锅仓清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热163.兰贝特定律 兰兰兰兰贝贝贝贝特特特特定定定定律律律律:黑黑黑黑体体体体的的的

24、的辐辐辐辐射射射射强强强强度度度度与与与与方方方方向向向向无无无无关关关关，半半半半球球球球空空空空间各方向上的辐射强度都相等。间各方向上的辐射强度都相等。间各方向上的辐射强度都相等。间各方向上的辐射强度都相等。漫发射体漫发射体漫发射体漫发射体：空间各个方向上辐射强度都相等的物体。空间各个方向上辐射强度都相等的物体。空间各个方向上辐射强度都相等的物体。空间各个方向上辐射强度都相等的物体。根据定向辐射力与辐射强度的关系根据定向辐射力与辐射强度的关系根据定向辐射力与辐射强度的关系根据定向辐射力与辐射强度的关系 E En n为为为为表表表表面面面面法法法法线线线线方方方方向向向向的的的的定定定定向向

25、向向辐辐辐辐射射射射力力力力。兰兰兰兰贝贝贝贝特特特特定定定定律律律律也也也也称称称称为为为为余余余余弦定律弦定律弦定律弦定律。根据辐射力与辐射强度的关系可求得根据辐射力与辐射强度的关系可求得根据辐射力与辐射强度的关系可求得根据辐射力与辐射强度的关系可求得 生挥宦殖缚呛兆盛蔬拄氏捷必羚镭绷拎煎虱贺丹关补苛搞褐职援绒拟斩宪清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热1711-3 实际物体的辐射特性，基尔霍夫定律1.实际物体的发射特性 发射率发射率发射率发射率（黑度黑度黑度黑度）：）：）：）：发射率反映了物体发射辐射能的能

26、力的大小。发射率反映了物体发射辐射能的能力的大小。发射率反映了物体发射辐射能的能力的大小。发射率反映了物体发射辐射能的能力的大小。光谱发射率光谱发射率光谱发射率光谱发射率（光谱黑度光谱黑度光谱黑度光谱黑度）：）：）：）：发射率发射率发射率发射率与与与与光谱发射率光谱发射率光谱发射率光谱发射率之间的关系为之间的关系为之间的关系为之间的关系为 对于灰体，对于灰体，对于灰体，对于灰体，常数常数常数常数，桓泻胡揭磕挖虹崎辅配纪炕伪储勺述黑碱莲澈炬坟澜羽冲民帅检以抹芯禹清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热18 实实实实际

27、际际际物物物物体体体体的的的的光光光光谱谱谱谱辐辐辐辐射射射射力力力力随随随随波波波波长长长长的的的的变变变变化化化化规规规规律律律律不不不不同同同同于于于于黑黑黑黑体和灰体体和灰体体和灰体体和灰体，实际物体的光谱发射率是波长的函数。实际物体的光谱发射率是波长的函数。实际物体的光谱发射率是波长的函数。实际物体的光谱发射率是波长的函数。在在在在工工工工程程程程计计计计算算算算中中中中，实实实实际际际际物物物物体的辐射力可以由下式计算体的辐射力可以由下式计算体的辐射力可以由下式计算体的辐射力可以由下式计算：实实实实际际际际物物物物体体体体的的的的辐辐辐辐射射射射力力力力并并并并不不不不严严严严格格

28、格格遵遵遵遵循循循循四四四四次次次次方方方方定定定定律律律律，所所所所存存存存在在在在的的的的偏偏偏偏差差差差包包包包含含含含在在在在由由由由实实实实验验验验确确确确定定定定的发射率数值之中。的发射率数值之中。的发射率数值之中。的发射率数值之中。定向发射率定向发射率定向发射率定向发射率（定向黑度定向黑度定向黑度定向黑度）：）：）：）：实实实实际际际际物物物物体体体体不不不不是是是是漫漫漫漫发发发发射射射射体体体体，定定定定向向向向发射率发射率发射率发射率是方向角是方向角是方向角是方向角 的函数。的函数。的函数。的函数。田巨羚姜追阶浑姨缓挣踌覆夹瞩取隶衙易斩揽琅沂啼魔摔显魁枉缺均仙谬清华大学热工

29、基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热19几种非金属材料的定向发射率几种非金属材料的定向发射率几种非金属材料的定向发射率几种非金属材料的定向发射率 金属金属金属金属非金属非金属非金属非金属 实实实实际际际际物物物物体体体体发发发发射射射射率率率率数数数数值值值值大大大大小小小小取取取取决决决决于于于于材材材材料料料料的的的的种种种种类类类类、温温温温度度度度和和和和表表表表面面面面状状状状况况况况，通通通通常常常常由由由由实实实实验验验验测测测测定。定。定。定。屑网曰纽亿你贞伦罪钢铬蜀生骤油披域缮渍镀逆髓茫纂涕睁棍析润稽艰放

30、清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热202.实际物体的吸收特性 实实实实际际际际物物物物体体体体的的的的光光光光谱谱谱谱吸吸吸吸收收收收比比比比也也也也与与与与黑黑黑黑体体体体、灰灰灰灰体体体体不不不不同同同同，是是是是波长的函数。波长的函数。波长的函数。波长的函数。几种金属材料的光谱吸收比几种金属材料的光谱吸收比几种金属材料的光谱吸收比几种金属材料的光谱吸收比秤效钉瞧挽餐个沮脂勃内忘充歇徊崇萍竖个诉吩啡壹蹄泥壮抬彝巷稚瓜从清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热清华大学热工基础课件工程热力

31、学加传热学12第十一章-辐射换热21 辐辐辐辐射射射射特特特特性性性性随随随随波波波波长长长长变变变变化化化化的的的的性性性性质质质质称称称称为为为为辐辐辐辐射射射射特特特特性性性性对对对对波波波波长长长长的的的的选选选选择择择择性性性性。实实实实际际际际物物物物体体体体的的的的吸吸吸吸收收收收比比比比不不不不仅仅仅仅取取取取决决决决于于于于物物物物体体体体本本本本身身身身材材材材料料料料的的的的种种种种类类类类、温温温温度度度度及及及及表表表表面面面面性性性性质质质质，还还还还和和和和投投投投入入入入辐辐辐辐射射射射的的的的波波波波长长长长分分分分布有关，因此和投入辐射能的发射体温度有关。布

32、有关，因此和投入辐射能的发射体温度有关。布有关，因此和投入辐射能的发射体温度有关。布有关，因此和投入辐射能的发射体温度有关。几种非金属材料的光谱吸收比几种非金属材料的光谱吸收比几种非金属材料的光谱吸收比几种非金属材料的光谱吸收比探增谷困疗正辆挫癌芹敷参脸杜崭拎凛苏侩漏圾辖掉蓖瘫廉韵攫荷盲孩当清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热22 工工工工程程程程上上上上的的的的热热热热辐辐辐辐射射射射主主主主要要要要位位位位于于于于0.760.7610 10 mm的的的的红红红红外外外外波波波波长长长长范范范范围围围围内内内

33、内，绝绝绝绝大大大大多多多多数数数数工工工工程程程程材材材材料料料料的的的的光光光光谱谱谱谱辐辐辐辐射射射射特特特特性性性性在在在在此此此此波波波波长长长长范范范范围围围围内内内内变变变变化化化化不不不不大大大大，因因因因此此此此在在在在工工工工程程程程计计计计算算算算时时时时可可可可以以以以近近近近似似似似地地地地当当当当作作作作灰灰灰灰体处理。体处理。体处理。体处理。一一一一些些些些材材材材料料料料对对对对黑黑黑黑体体体体辐辐辐辐射射射射的的的的吸吸吸吸收比随黑体温度的变化。收比随黑体温度的变化。收比随黑体温度的变化。收比随黑体温度的变化。指抨仍赖刃焦崇接夺疏鸦矽火践际压馅紧焦野未牌旦涡锄

34、又灸结觅瞄雇员清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热233.基尔霍夫基尔霍夫（G.R.Kirchhoff）定律 基基基基尔尔尔尔霍霍霍霍夫夫夫夫定定定定律律律律揭揭揭揭示示示示了了了了物物物物体体体体吸吸吸吸收收收收辐辐辐辐射射射射能能能能的的的的能能能能力力力力与与与与发发发发射辐射能的能力之间的关系，其表达式为射辐射能的能力之间的关系，其表达式为射辐射能的能力之间的关系，其表达式为射辐射能的能力之间的关系，其表达式为 说说说说明明明明吸吸吸吸收收收收辐辐辐辐射射射射能能能能能能能能力力力力愈愈愈愈强强强强的的

35、的的物物物物体体体体的的的的发发发发射射射射辐辐辐辐射射射射能能能能能能能能力力力力也也也也也也也也愈愈愈愈强强强强。在在在在温温温温度度度度相相相相同同同同的的的的物物物物体体体体中中中中，黑黑黑黑体体体体吸吸吸吸收收收收辐辐辐辐射射射射能能能能的能力最强，发射辐射能的能力也最强。的能力最强，发射辐射能的能力也最强。的能力最强，发射辐射能的能力也最强。的能力最强，发射辐射能的能力也最强。对于漫射体，辐射特性与方向无关，对于漫射体，辐射特性与方向无关，对于漫射体，辐射特性与方向无关，对于漫射体，辐射特性与方向无关，对于漫射、灰体，辐射特性与波长无关，对于漫射、灰体，辐射特性与波长无关，对于漫射

36、、灰体，辐射特性与波长无关，对于漫射、灰体，辐射特性与波长无关，施挛朗肤严摆兔洗踌衣坪郧恨梨烯曰悸挺裙摧牺婉垮斋谢适日绕乏哥彼寸清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热24 对对于于工工程程上上常常见见的的温温度度范范围围（T 2000 K），大大部部分分辐辐射射能能都都处处于于红红外外波波长长范范围围内内，绝绝大大多多数数工工程程材材料料都都可可以以近近似似为为漫漫发发射射、灰灰体体，不不会会引引起起较较大大的的误误差差。但但在在太太阳阳能能利利用用中中就就不不能能简简单单地地将将物物体体当当作作灰灰体体。这这是

37、是因因为为近近50%的的太太阳阳辐辐射射位位于于可可见见光光的的波波长长范范围围内内，而而自自身身热热辐辐射射位位于于红红外外波波长长范范围围内内，由由于于实实际际物物体体的的光光谱谱吸吸收收比比对对投投入入辐辐射射的的波波长长具具有有选选择择性性，所所以以一一般般物物体体对对太太阳阳辐辐射射的的吸吸收收比比与与自自身身辐辐射射的的发发射射率率有较大的差别。有较大的差别。其寂涉秋檀侵钮庇探障牢淑屠又绷冉育晦勒莽孙腿芝耶搬卞内僵仓始尧下清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热2511-4 辐射换热的计算方法 1.角系

38、数 假设假设假设假设：（1 1 1 1）进进进进行行行行辐辐辐辐射射射射换换换换热热热热的的的的物物物物体体体体表表表表面面面面之之之之间间间间是是是是不不不不参参参参与与与与辐辐辐辐射射射射的介质的介质的介质的介质(单原子或结构对称的双原子气体、空气单原子或结构对称的双原子气体、空气单原子或结构对称的双原子气体、空气单原子或结构对称的双原子气体、空气)或真空；或真空；或真空；或真空；（2 2 2 2）每个表面都是漫射、灰体或黑体表面；每个表面都是漫射、灰体或黑体表面；每个表面都是漫射、灰体或黑体表面；每个表面都是漫射、灰体或黑体表面；（3 3 3 3）每每每每个个个个表表表表面面面面的的的的

39、温温温温度度度度、辐辐辐辐射射射射特特特特性性性性及及及及投投投投入入入入辐辐辐辐射射射射分分分分布布布布均匀。均匀。均匀。均匀。（1 1 1 1）角系数的定义）角系数的定义）角系数的定义）角系数的定义 从从从从表表表表面面面面1 1 1 1发发发发出出出出的的的的总总总总辐辐辐辐射射射射能能能能中中中中直直直直接接接接投投投投射射射射到到到到表表表表面面面面2 2 2 2上上上上份份份份额额额额称称称称为为为为表表表表面面面面1 1 1 1对对对对表表表表面面面面2 2 2 2的的的的角角角角系系系系数数数数，用符号用符号用符号用符号X X1 1,2 2表示。表示。表示。表示。羌嗽文疮羊献头

40、厢骆屏霍虾食丘员羔迸堰究枯启舆戌斤消熏率测娜釉虾恨清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热26 假假假假设设设设表表表表面面面面1 1、2 2都都都都是是是是黑黑黑黑体体体体表表表表面面面面，根根根根据据据据辐辐辐辐射射射射强强强强度度度度的的的的定定定定义义义义，单位时间内从单位时间内从单位时间内从单位时间内从d dA A1 1发射到发射到发射到发射到d dA A2 2上的辐射能为上的辐射能为上的辐射能为上的辐射能为从整个表面从整个表面从整个表面从整个表面1 1 1 1发射到表面发射到表面发射到表面发射到表面2

41、2 2 2的辐射能为的辐射能为的辐射能为的辐射能为 诗怕垃籍决锨撰迈诣缠京官疆耳溜壹煞扳羹吝舍握兽似筑刷妇徽御惫帜萄清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热27 根据角系数的定义根据角系数的定义根据角系数的定义根据角系数的定义,角系数角系数角系数角系数X X1 1,2 2和和和和X X2,12,1分别为分别为分别为分别为 可可可可以以以以看看看看出出出出，在在在在上上上上述述述述假假假假设设设设条条条条件件件件下下下下，角角角角系系系系数数数数是是是是几几几几何何何何量量量量，只只只只取取取取决于两个物体表面的几何

42、形状、大小和相对位置。决于两个物体表面的几何形状、大小和相对位置。决于两个物体表面的几何形状、大小和相对位置。决于两个物体表面的几何形状、大小和相对位置。（2 2 2 2）角系数的性质）角系数的性质）角系数的性质）角系数的性质 1 1 1 1）相对性（互换性）相对性（互换性）相对性（互换性）相对性（互换性）：2 2 2 2）完整性）完整性）完整性）完整性：蔽午磋蓑狡贿监锗羚浊叼晨账谢职撕指谋御怀硷遂避沟卓械考砍朗修掌影清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热28 3 3 3 3）角系数的可加性）角系数的可加性）角系

43、数的可加性）角系数的可加性：（3 3 3 3）角系数的计算方法）角系数的计算方法）角系数的计算方法）角系数的计算方法 有积分法、代数法、图解法有积分法、代数法、图解法有积分法、代数法、图解法有积分法、代数法、图解法(或投影法或投影法或投影法或投影法)等等等等 1 1 1 1）积分法）积分法）积分法）积分法：根据角系数表达式通过积分运算求得角系数根据角系数表达式通过积分运算求得角系数根据角系数表达式通过积分运算求得角系数根据角系数表达式通过积分运算求得角系数 结果查有关手册（书结果查有关手册（书结果查有关手册（书结果查有关手册（书327327页表）页表）页表）页表）挞抬惰舷码唇痘痪纲慧轿余铱问弟

44、锅找场园捕趴拓法爆迪亮春卸丹割桌撅清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热29 2 2 2 2）代数法）代数法）代数法）代数法：利利利利用用用用角角角角系系系系数数数数的的的的定定定定义义义义及及及及性性性性质质质质,通通通通过代数运算确定角系数。过代数运算确定角系数。过代数运算确定角系数。过代数运算确定角系数。图图图图(a a)、(b b)：图图图图(c c)：图图图图(d d)：三个非凹表面构成的封闭空腔三个非凹表面构成的封闭空腔三个非凹表面构成的封闭空腔三个非凹表面构成的封闭空腔 疟拒芳郡钮玻徒藐惠卉孵羞舔音

45、侄共主薄唐振辞笑戈念派帕插奢锯湛佬辰清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热30畜岔何蝉淌砰宠馒茎揭唆档号桑纶临夹箍题僻枯绍蛤瀑哈置墩洒勿膨眩俩清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热312.黑体表面之间的辐射换热 对于任意位置的两个黑体表面对于任意位置的两个黑体表面对于任意位置的两个黑体表面对于任意位置的两个黑体表面1 1、2 2，据角系数定义，据角系数定义，据角系数定义，据角系数定义 称为称为称为称为空间辐射热阻空间辐射热阻空间辐射

46、热阻空间辐射热阻 左仑漠高煤郸瓜捌靴贤失凌涌岂垛沽刚苫利畅辖郁勒斯循彪果柳冕瞬锹碾清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热32 如如如如果果果果由由由由n n个个个个黑黑黑黑体体体体表表表表面面面面构构构构成成成成封封封封闭闭闭闭空空空空腔腔腔腔,那那那那么么么么每每每每个个个个表表表表面面面面的净辐射换热量为的净辐射换热量为的净辐射换热量为的净辐射换热量为 注注注注意意意意：1,21,2是是是是两两两两个个个个任任任任意意意意位位位位置置置置的的的的黑黑黑黑体体体体表表表表面面面面1 1、2 2之之之之间间间间直

47、直直直接接接接的的的的辐辐辐辐射射射射换换换换热热热热量量量量，没没没没考考考考虑虑虑虑其其其其它它它它表表表表面面面面的的的的影影影影响响响响。如如如如果果果果两两两两个个个个黑黑黑黑体体体体表表表表面面面面构构构构成成成成封封封封闭闭闭闭腔腔腔腔，则则则则1,21,2是两个表面净交换的热量。是两个表面净交换的热量。是两个表面净交换的热量。是两个表面净交换的热量。辐射网络辐射网络辐射网络辐射网络膘厌益罪帚寺吩纠山保噬锤粹湘乎纳溪掩听咯动岩花矽铰藕轿第速瓢址圈清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热333.灰体表面

48、之间的辐射换热 （1 1 1 1）有效辐射）有效辐射）有效辐射）有效辐射 单单单单位位位位时时时时间间间间内内内内离离离离开开开开单单单单位位位位面面面面积积积积表表表表面面面面的的的的总总总总辐辐辐辐射射射射能能能能,用用用用符符符符号号号号J J表示表示表示表示,单位是单位是单位是单位是W/mW/m2 2。单位面积的辐射换热量单位面积的辐射换热量单位面积的辐射换热量单位面积的辐射换热量 上两式联立可解得上两式联立可解得上两式联立可解得上两式联立可解得豁驾柔海疙迄馈开勿睬浸富赶尿诣华渔麻席改象愁互删兆贰获患龋莲镀肥清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热清华大学热工基础课

49、件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热34称为称为称为称为表面辐射热阻表面辐射热阻表面辐射热阻表面辐射热阻 对对对对于于于于黑黑黑黑体体体体表表表表面面面面，=1 1，表表表表面面面面辐辐辐辐射射射射热热热热阻为零，阻为零，阻为零，阻为零，。（2 2 2 2）两两两两个个个个漫漫漫漫灰灰灰灰表表表表面面面面构构构构成成成成的的的的封封封封闭闭闭闭空空空空腔中的辐射换热腔中的辐射换热腔中的辐射换热腔中的辐射换热 若若若若两两两两个个个个漫漫漫漫灰灰灰灰表表表表面面面面1 1、2 2构构构构成成成成封封封封闭闭闭闭空空空空腔腔腔腔,T T1 1 T T2 2，则则则则表表表表面面面面1 1净净

50、净净损损损损失失失失、表表表表面面面面2 2净净净净获得获得获得获得的热量分别为的热量分别为的热量分别为的热量分别为表面辐射热阻表面辐射热阻表面辐射热阻表面辐射热阻网络单元网络单元网络单元网络单元犯屁替赊赠倚秦证振栗痉唇址斋赖钓抨剑倪关汪九熔癌梢釜雁铁倒赐幸光清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热清华大学热工基础课件工程热力学加传热学12第十一章-辐射换热35 表面表面表面表面1 1、2 2之间净辐射换热量为之间净辐射换热量为之间净辐射换热量为之间净辐射换热量为 根据封闭腔的能量守恒，根据封闭腔的能量守恒，根据封闭腔的能量守恒，根据封闭腔的能量守恒，联立以上三式，可得联立