六节辐射传热

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1、第六节第六节 辐射传热辐射传热4-6-1 基本概念和定律基本概念和定律一一.基本概念基本概念1.热射线热射线110 1210 10210310410610 510 410 310 无无线线电电波波红红外外线线可可见见光光紫紫外外线线伦伦琴琴射射线线 射射线线热射线热射线电磁波谱电磁波谱波长波长 m约为约为 0.4-600 m2.吸收、反射和透射吸收、反射和透射QAQQRQDQ=QA+QR+QD具有实际意义的波长范围为具有实际意义的波长范围为:0.420 m3.黑体黑体 镜体镜体(白体白体)透热体透热体 灰体灰体 A=1 R=1 D=1 A+R=1灰体灰体:以相同的吸收率以相同的吸收率,部分的吸

2、收由部分的吸收由0到到所有波长范围辐射能所有波长范围辐射能的物体的物体.实际物体可被看作灰体实际物体可被看作灰体.普朗克定律普朗克定律:描述黑体的单色辐射能力描述黑体的单色辐射能力,揭示了黑体辐射能力按照揭示了黑体辐射能力按照 波长的分配规律波长的分配规律.二二 基本定律基本定律1.物体的辐射能力物体的辐射能力E与普朗克定律与普朗克定律E:一定温度下一定温度下,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/m2单色辐射能力单色辐射能力:在相同条件下在相同条件下,物体发射的特定波长的能量物体发射的特定波长的能量E.定义式定义式:E与与E

3、的关系的关系:110 1210 10210310410610 510 410 310 无无线线电电波波红红外外线线可可见见光光紫紫外外线线伦伦琴琴射射线线 射射线线热射线热射线电磁波谱电磁波谱波长波长 m2.斯蒂芬斯蒂芬-波尔茨曼定律波尔茨曼定律 (黑体总辐射能力与绝对温度的关系黑体总辐射能力与绝对温度的关系)又称四次方定律又称四次方定律辐射传热的结果辐射传热的结果:T1 T23.克希霍夫定律克希霍夫定律 (任意物体的辐射能力与它的吸收率之间的关系任意物体的辐射能力与它的吸收率之间的关系)灰体灰体 黑体黑体绝热系统绝热系统壁壁1可以是任何壁可以是任何壁,所以所以:灰体辐射能力灰体辐射能力:E=

4、AEb 当两壁温度相等时当两壁温度相等时:(T1=T2)表明表明:(1)任何物体的辐射能力与其吸收率的比值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恒等于同温度下黑体的辐射能力,并只和并只和 温度有关温度有关,与物体的性质无关与物体的性质无关.(2)善于吸收辐射能的物体善于吸收辐射能的物体,也善于发射辐射能也善于发射辐射能.(3)在一定温度条件下在一定温度条件下,黑体具有最大的辐射能黑体具有最大的辐射能 力和吸收率力和吸收率.4.物体的黑度物体的黑度(反映灰体接近于黑体的程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可比较灰体间辐射能力的大小.)定义定义:在同一

5、温度下在同一温度下,灰体的辐射能力与黑体的辐射能力之比灰体的辐射能力与黑体的辐射能力之比 .即即:bEE 与物体的性质、温度及表面情况有关，由实验测定。与物体的性质、温度及表面情况有关，由实验测定。4ob100TC E E 实际物体的辐射能力计算：实际物体的辐射能力计算：可见：同温度下，物体的可见：同温度下，物体的A和和 在数值上相等，但意义完全不同。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；：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。表示外界投入的辐射能可被物体吸收的分数。（气体辐射（气体辐射A ）4-6-1

6、 基本概念和定律（回顾）基本概念和定律（回顾）4-6-1 基本概念和定律基本概念和定律一一.基本概念基本概念1.热射线热射线2.吸收、反射和透射吸收、反射和透射3.黑体黑体 镜体镜体(白体白体)透热体透热体 灰体灰体二二 基本定律基本定律1.物体的辐射能力物体的辐射能力E与普朗克定律与普朗克定律2.斯蒂芬斯蒂芬-波尔茨曼定律波尔茨曼定律 (黑体辐总射能力与绝对温度的关系黑体辐总射能力与绝对温度的关系)3.克希霍夫定律克希霍夫定律 (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.物体的黑度物体的黑度(反映灰体接近于黑体的程度反映灰体接近于黑体的程度,可比较

7、灰体间辐射能力的大小可比较灰体间辐射能力的大小.)4-6-2 两固体间的辐射传热两固体间的辐射传热4-6-2 两固体间的辐射传热两固体间的辐射传热一一.两个较大的平行灰体壁面两个较大的平行灰体壁面(间距很小间距很小)之间的相互辐射之间的相互辐射T1 T2E1E 2(1-A1)E 21 2A1E 21 2E2E 1(1-A2)E 1A2E 1E1E 1E 2(1-A1)E 2(1-A2)E 1E2A2E 1A1E 2本身辐射本身辐射有效辐射有效辐射吸入辐射吸入辐射反射辐射反射辐射E 1=E1+(1-A1)E 2 (a)E 2=E2+(1-A2)E 1 (b)辐射传热量辐射传热量:q 1-2=E

8、1-E 2 (W/m2)E 1=E1+(1-A1)E 2 (a)E 2=E2+(1-A2)E 1 (b)辐射传热速率辐射传热速率:q 1-2=E 1-E 2 (W/m2)由由(a),(b)两式可得两式可得:21212111AAAAE)A-(1 EE 21211222AAAAE)A-(1 EE 212112212-1AAAA AE-AE q 又由又由4ob100TC E E 和和 A=得得:424121424121o2-1100T100TC100T100T111 C q 4241212-1100T100TSC Q传热速率传热速率:二二.两个灰体辐射传热速率的一般表达式两个灰体辐射传热速率的一般表

9、达式几何因素几何因素(称角系数称角系数):表示从一个物体表面表示从一个物体表面辐射的总能量被另一个辐射的总能量被另一个物体表面所截获的分数物体表面所截获的分数.传热速率传热速率:4241212-1100T100TSC Q221112S S 从从 i 物体表面辐射的总能量物体表面辐射的总能量被被 j 物体表面所截获的分数物体表面所截获的分数.ij 1 n11211 讨论讨论 :1.角系数的性质角系数的性质相对性相对性:完整性：完整性：2.角系数的计算角系数的计算回顾辐射传热回顾辐射传热返回返回4-6-1 基本概念和定律基本概念和定律一一.基本概念基本概念1.热射线热射线 2.吸收、反射和透射吸收

10、、反射和透射 3.黑体黑体,镜体镜体(白体白体),透热体透热体,灰体灰体二二 基本定律基本定律1.物体的辐射能力物体的辐射能力E与普朗克定律与普朗克定律2.斯蒂芬斯蒂芬-波尔茨曼定律波尔茨曼定律 (黑体辐总射能力与绝对温度的关系黑体辐总射能力与绝对温度的关系)3.克希霍夫定律克希霍夫定律 (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.物体的黑度物体的黑度(反映灰体接近于黑体的程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可比较灰体间辐射能力的大小.)4-6-2 两固体间的辐射传热两固体间的辐射传热一一.两个较大的平行灰体壁面两个较大的平行灰体

11、壁面(间距很小间距很小)之间的相互辐射之间的相互辐射 4241212-1100T100TSC Q辐射传热量辐射传热量:二二.两个灰体辐射传热速率的一般表达式两个灰体辐射传热速率的一般表达式辐射传热量辐射传热量:4241212-1100T100TSC Q继续继续习题习题4-6-3 对流和辐射的联合传热对流和辐射的联合传热(主要指固体壁面与环境间主要指固体壁面与环境间)对流传热速率对流传热速率:)(ttSQwwC 辐射传热速率辐射传热速率:4241212-1100T100TSC Q)(ttSwwR tt100T100TC w424121R T 总传热速率总传热速率:)()()(ttSttSQQQw

12、wTwwRRC 对流对流-辐射的联合传热系数辐射的联合传热系数估算式估算式传热过程数学描述传热过程数学描述返回返回间壁换热器的传热过程数学描述间壁换热器的传热过程数学描述热传导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辐射传热过程数学描述单层平壁单层平壁多层平壁多层平壁多多层层圆圆筒筒壁壁单层圆筒壁单层圆筒壁返回返回334brr 334b2dd 44333传热速率微分方程传热速率微分方程dTCWdtCWdStTKdQphhpcc )(dTCWdtCWdStTKdQphhpcc )(（或（或 ）平均推动力法平均推动力法-NTU法法)()(21phh12pccTTCWttCWQ SW)()

13、(21phh12pccTTCWttCWQ 1121htTTT 1112ctTtt PWCKSNTU 间壁换热器的传热过程数学描述间壁换热器的传热过程数学描述1 do do bdo 1 =+Ri +Ro+K idi di dm onp80iicudd0230 .管程管程流体流体返回返回 1.有一套管换热器长有一套管换热器长10m，管间用饱和蒸气加热，空气在一定，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，气体倍，并近似认为加热面壁温不变，问套

14、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。管壁热组。2.某列管换热器，用某列管换热器，用100水蒸气将物料由水蒸气将物料由20加热至加热至80，传热系，传热系数数K=100 W/(m2.)。经半年运转后，由于污垢的影响，在相同条件下。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物料出口温度仅为70。现欲使物料出口温度仍维持在。现欲使物料出口温度仍维持在80，问加热蒸，问加热蒸气温度应取何值？气温度应取何值？3.冷、热流体在套管换热器中冷、热流体在套管换热器中进行无相变的逆流

15、传热，管内、外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，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问若增加加热流体进口温度T1时时，Q、T2、t2将如何变化？将如何变化？W)()(21phh12pccTTCWttCWQ 1121htTTT 1112ctTtt PWCKSNTU 4.长度均为长度均为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温度均为t1、t2（t1 t2）。各棒的截面积分别为）。各棒的截面积分别为S1、S2、S 3，导热系数，导热系数为为 1、2、3。求：（。求：（1）三棒组成的传热系统

16、的总热组；（）三棒组成的传热系统的总热组；（2）2 S2较较 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）轴向传递）5.在一新的套管式换热器中，冷却水在在一新的套管式换热器中，冷却水在 25 2.5mm的内管中流动，以冷凝环的内管中流动，以冷凝环隙间的某蒸气。当冷却水流速为隙间的某蒸气。当冷却水流速为0.4m/s和和0.8m/s时，测得基于内管外表面的总传时，测得基于内管外表面的总传热系数分别为热系数分别为Ko=1200W/m2.和和Ko=1700W/m2.，水在管内为湍流，管壁得，水在管内为湍流，管壁得导热系数为导热系数为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。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：（试求：（1）当水流速为）当水流速为0.4m/s时，管壁对水的对流传热系数为多少？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）若操作一时期后，水流速仍保持为0.4m/s，但测得的，但测得的K值比操作初期下降值比操作初期下降10%，试分析原因，并说明此时蒸气的冷凝量是否也下降，试分析原因，并说明此时蒸气的冷凝量是否也下降10%？