第六节 辐射传热 基本概念和定律 一. 基本概念 1. 热射线 无线电波无线电波 红外线红外线 可见光可见光 紫外线紫外线 伦琴射线伦琴射线 射线射线 热射线 电磁波谱 波长   m 约为  m 2. 吸收、反射和透射 QAQA Q QRQR QDQD Q=Q A +Q R +Q D 具有实际意义的波长范围为 :0.4~20  m

3. 黑体 镜体 ( 白体 ) 透热体 灰体 A=1 R=1 D=1 A+R=1 灰体 : 以相同的吸收率, 部分的吸收由 0 到 ∞ 所有波长范围辐射能 的物体. 实际物体可被看作灰体. 普朗克定律 : 描述黑体的单色辐射能力, 揭示了黑体辐射能力按照 波长的分配规律. 二 基本定律 1. 物体的辐射能力 E 与普朗克定律 E: 一定温度下, 物体在单位表面积、单位时间内发射的全部波长的总能量. W/m 2 单色辐射能力 : 在相同条件下, 物体发射的特定波长的能量 E Λ. 定义式 :E 与 E Λ 的关系 : 

无线电波无线电波 红外线红外线 可见光可见光 紫外线紫外线 伦琴射线伦琴射线 射线射线 热射线 电磁波谱 波长   m

2. 斯蒂芬 - 波尔茨曼定律 ( 黑体总辐射能力与绝对温度的关系 ) 又称四次方定律 辐射传热的结果 : T 1 > T 2 3. 克希霍夫定律 ( 任意物体的辐射能力与它的吸收率之间的关系 ) 灰体 黑体 绝热系统 壁 1 可以是任何壁, 所以 : 灰体辐射能力 : E=AE b ∴ 当两壁温度相等时 : (T 1 = T 2 ) 表明 : (1) 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. (2) 善于吸收辐射能的物体, 也善于发射辐射能. (3) 在一定温度条件下, 黑体具有最大的辐射能 力和吸收率.

4. 物体的黑度 ( 反映灰体接近于黑体的程度, 可比较灰体间辐射能力的大小.) 定义 : 在同一温度下, 灰体的辐射能力与黑体的辐射能力之比 . 即:即:  与物体的性质、温度及表面情况有关，由实验测定。 实际物体的辐射能力计算： 可见：同温度下，物体的 A 和  在数值上相等，但意义完全不同。  ：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。 （气体辐射 A≠  ） 基本概念和定律（回顾）

4-6-1 基本概念和定律 一. 基本概念 1. 热射线 2. 吸收、反射和透射 3. 黑体 镜体 ( 白体 ) 透热体 灰体 二 基本定律 1. 物体的辐射能力 E 与普朗克定律 2. 斯蒂芬 - 波尔茨曼定律 ( 黑体辐总射能力与绝对温度的关系 ) 3. 克希霍夫定律 ( 任意物体的辐射能力与它的吸收率之间的关系 ) 4. 物体的黑度 ( 反映灰体接近于黑体的程度, 可比较灰体间辐射能力的大小.) 两固体间的辐射传热

4-6-2 两固体间的辐射传热 一. 两个较大的平行灰体壁面 ( 间距很小 ) 之间的相互辐射 T 1 > T 2 E1E1 E2E2 (1-A 1 ) E A1E2A1E2 E2E2 E1E1 (1-A 2 ) E 1 A2E1A2E1 E1E1 E1E1 E2E2 (1-A 1 ) E 2 (1-A 2 ) E 1 E2E2 A2E1A2E1 A1E2A1E2 本身辐射 有效辐射 吸入辐射 反射辐射 E 1 = E 1 + (1-A 1 ) E 2 (a) E 2 = E 2 + (1-A 2 ) E 1 (b) 辐射传热量 : q 1-2 = E 1 - E 2 (W/m 2 )

E 1 = E 1 + (1-A 1 ) E 2 (a) E 2 = E 2 + (1-A 2 ) E 1 (b) 辐射传热速率 : q 1-2 = E 1 - E 2 (W/m 2 ) 由 (a),(b) 两式可得 : 又由 和 A=  得:得: 传热速率 :

二. 两个灰体辐射传热速率的一般表达式 几何因素  ( 称角系数 ): 表示从一个物体表面 辐射的总能量被另一个 物体表面所截获的分数. 传热速率 : —— 从 i 物体表面辐射的总能量 被 j 物体表面所截获的分数. 讨论  : 1. 角系数的性质 相对性 : 完整性： 2. 角系数的计算 回顾辐射传热

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4-6-1 基本概念和定律 一. 基本概念 1. 热射线 2. 吸收、反射和透射 3. 黑体, 镜体 ( 白体 ), 透热体, 灰体 二 基本定律 1. 物体的辐射能力 E 与普朗克定律 2. 斯蒂芬 - 波尔茨曼定律 ( 黑体辐总射能力与绝对温度的关系 ) 3. 克希霍夫定律 ( 任意物体的辐射能力与它的吸收率之间的关系 ) 4. 物体的黑度 ( 反映灰体接近于黑体的程度, 可比较灰体间辐射能力的大小.) 两固体间的辐射传热 一. 两个较大的平行灰体壁面 ( 间距很小 ) 之间的相互辐射 辐射传热量 : 二. 两个灰体辐射传热速率的一般表达式 辐射传热量 : 继续 习题

4-6-3 对流和辐射的联合传热 ( 主要指固体壁面与环境间 ) 对流传热速率 : 辐射传热速率 : 总传热速率 : —— 对流 - 辐射的联合传热系数 估算式 传热过程数学描述

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间壁换热器的传热过程数学描述 热传导过程数学描述 辐射传热过程数学描述

单层平壁多层平壁 多层圆筒壁多层圆筒壁 单层圆筒壁 返回

传热速率微分方程 （或 ） 平均推动力法  -NTU 法 S 间壁换热器的传热过程数学描述 1 d o d o bd o 1 = +R i + +R o + K  i d i d i d m  o 管程 流体 返回

1. 有一套管换热器长 10m ，管间用饱和蒸气加热，空气在一定流 量下由管内流过，温度可升至某指定温度。现将空气流量增加一倍， 并近似认为加热面壁温不变，问套管加热器需加长几米，气体温度 可达到原指定温度？假定空气在管内流动处于湍流状态，忽略管壁 热组。

2. 某列管换热器，用 100 ℃水蒸气将物料由 20 ℃加热至 80 ℃，传热系 数 K=100 W/(m 2. ℃ ) 。经半年运转后，由于污垢的影响，在相同条件下物 料出口温度仅为 70 ℃。现欲使物料出口温度仍维持在 80 ℃，问加热蒸气温 度应取何值？

3. 冷、热流体在套管换热器中 进行无相变的逆流传热，管内、外 两侧对流传热系数的数量级相近， 问若增加加热流体进口温度 T 1 时 ， Q 、 T 2 、 t 2 将如何变化？

4. 长度均为 l 的三根不同材质粗细均匀的棒，并联传热，各棒两端的 温度均为 t 1 、 t 2 （ t 1  t 2 ）。各棒的截面积分别为 S 1 、 S 2 、 S 3 ，导热系数 为 1 、 2 、 3 。求：（ 1 ）三棒组成的传热系统的总热组；（ 2 ） 2 S 2 较 1 S1 、 3 S 3 大的很多时，单位时间的传热量为多少？（假设热量只沿棒的 轴向传递）

5. 在一新的套管式换热器中，冷却水在  25  2.5mm 的内管中流动，以冷凝环 隙间的某蒸气。当冷却水流速为 0.4m/s 和 0.8m/s 时，测得基于内管外表面的总传 热系数分别为 Ko=1200W/m 2. ℃和 Ko´=1700W/m 2. ℃ ，水在管内为湍流，管壁得 导热系数为 45W/m. ℃，水流速改变后，可认为环隙间蒸气冷凝的传热系数不变。 试求：（ 1 ）当水流速为 0.4m/s 时，管壁对水的对流传热系数为多少？ （ 2 ）若操作一时期后，水流速仍保持为 0.4m/s ，但测得的 K 值比操作初期下降 10% ，试分析原因，并说明此时蒸气的冷凝量是否也下降 10% ？