对流及辐射课件

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1、1單元學習內容單元學習內容n熱對流熱對流n熱輻射熱輻射n溫室效應溫室效應2對流的定義對流的定義n由於流體流動而將熱量由流體由於流體流動而將熱量由流體的某區傳到另區的熱傳送方的某區傳到另區的熱傳送方式式3對流的種類對流的種類自然對流自然對流強制對流強制對流4對流的介質對流的介質n流體（即液體及氣體）流體（即液體及氣體）5對流的熱傳方向對流的熱傳方向n由高溫由高溫 低溫低溫6牛頓冷卻定律牛頓冷卻定律的物理意義的物理意義(Newtons law of cooling)(Newtons law of cooling)n單位時間內，單位面積時由器壁單位時間內，單位面積時由器壁流向流體的熱量與器壁與流體間

2、流向流體的熱量與器壁與流體間的溫差成正比的溫差成正比7牛頓冷卻定律的表示法牛頓冷卻定律的表示法薄膜熱阻：薄膜熱阻：RTThAqhAR18牛頓冷卻定律的說明牛頓冷卻定律的說明uh h：熱傳送係數，其值不是一熱傳送係數，其值不是一個常數，是流體的物理性質、個常數，是流體的物理性質、流動型態流動型態(層流或亂流層流或亂流)、固體、固體表面的幾何形狀與粗糙度的函表面的幾何形狀與粗糙度的函數。數。uh h 可由可由NuNu值求出值求出9熱對流的無因次群熱對流的無因次群-1-1n各無因次群的定義各無因次群的定義UDUDRekCpPrKDhNu10熱對流的無因次群熱對流的無因次群-2-2n強制對流強制對流

3、Nu=f(Re Nu=f(Re，PrPr）n自然對流自然對流 Nu=f(Pr Nu=f(Pr，Gr)Gr)11薄膜熱傳係數薄膜熱傳係數-1-1n流體以強制對流流過圓管流體以強制對流流過圓管層流層流 ReRe21002100，PrPr0.60.610104 4ReRe10105 5，PrPr0.60.6，L/DL/D6060 313131PrRe86.1DLKhDNu3154PrRe023.0Nu12薄膜熱傳係數薄膜熱傳係數-2-2n流體流經平板流體流經平板層流層流亂流亂流n流體流經單一圓球流體流經單一圓球若球體與流體皆靜止若球體與流體皆靜止3121PrRe664.0LNu 836Re035.0

4、Pr5431LNu2khDNup3131PrRe6.00.2Nu13兩流體間的對流熱傳送兩流體間的對流熱傳送-1-1n總包熱傳係數總包熱傳係數定義：兩流體因對流熱傳送所產生的定義：兩流體因對流熱傳送所產生的熱流通量與兩流體溫度差的比值。熱流通量與兩流體溫度差的比值。表示法：表示法：chTTAqTAqU/0011總熱阻AUAUii14兩流體間的對流熱傳送兩流體間的對流熱傳送-2-2總包熱傳係數與薄膜熱傳係數的總包熱傳係數與薄膜熱傳係數的關係關係0011總熱阻AUAUii00001111AhkAxAhAUAULiiii15熱對流的計算熱對流的計算n溫度溫度3030的空氣吹過一面積為的空氣吹過一面積

5、為5m5m2 2的的加熱板，加熱板的溫度為加熱板，加熱板的溫度為130130，已，已知空氣與板間的熱傳送係數為知空氣與板間的熱傳送係數為20 20 W/mW/m2 2-K-K，求加熱板對空氣的傳熱速，求加熱板對空氣的傳熱速率為多少？率為多少？解解:WTThAqfs100003013052016輻射熱量流動方式輻射熱量流動方式n輻射：任何物體以電磁波輻射：任何物體以電磁波的形式向四周發射能量。的形式向四周發射能量。n輻射傳遞的過程不需任何輻射傳遞的過程不需任何介質即可傳遞，且傳送的介質即可傳遞，且傳送的過程不會損失熱量。過程不會損失熱量。17熱輻射的各種熱輻射的各種輻射量輻射量-1-1n反射率反

6、射率 照射到物體的輻射量被物體反射的輻射量18熱輻射的各種熱輻射的各種輻射量輻射量-2-2n吸收率吸收率 照射到物體的輻射量被物體吸收的輻射量19熱輻射的各種熱輻射的各種輻射量輻射量-3-3n穿透率穿透率 照射到物體的輻射量被物體透射的輻射量20熱輻射的熱輻射的各種輻射量各種輻射量-4-4n發射率發射率 度同溫度時黑體的輻射強物體的輻射強度 21吸收率、反射率及吸收率、反射率及穿透率的關係穿透率的關係n吸收率反射率穿透率吸收率反射率穿透率1 +=122黑體黑體n定義：完全吸收照射到物體定義：完全吸收照射到物體的輻射量。的輻射量。吸收率等於吸收率等於1 1即即 =1=1=1=123灰體灰體(非黑

7、體非黑體)n定義：吸收率反射率且為定定義：吸收率反射率且為定值，不隨溫度而變的物體。值，不隨溫度而變的物體。00 1124透明體透明體n定義：照射到物體的輻射量定義：照射到物體的輻射量完全通過。完全通過。=1=125一般物體的吸收率一般物體的吸收率材料面材料面溫度溫度(k)(k)吸收率吸收率磨光鋁面磨光鋁面2952950.0400.040磨光銅面磨光銅面3903900.0230.023磨光鐵面磨光鐵面700-1255700-12550.144-0.3770.144-0.377新鑄之鑄鐵新鑄之鑄鐵2952950.4350.435氧化鐵氧化鐵3733730.7360.736石棉板石棉板296296

8、0.960.96紅磚紅磚2952950.930.93水水273-373273-3730.95-0.9630.95-0.96326史蒂芬史蒂芬-波茲曼輻射定律波茲曼輻射定律(Stefan-Boltzmann law)(Stefan-Boltzmann law)輻射體的輻射強度為各波長輻射體的輻射強度為各波長強度的和。強度的和。n黑體黑體n非黑體非黑體 TAq4TAq427浦郎克定律浦郎克定律(Planck law)(Planck law)n敘述黑體的輻射濃度與波長敘述黑體的輻射濃度與波長的關係。的關係。28比恩位移定律比恩位移定律(Wien Displacement law)(Wien Disp

9、lacement law)n輻射體的最大輻射濃度的輻射體的最大輻射濃度的波長與輻射體的絕對溫度波長與輻射體的絕對溫度成反比。成反比。29克希荷夫定律克希荷夫定律(Kirchhoff law)(Kirchhoff law)n兩物體達平衡時，物體的輻兩物體達平衡時，物體的輻射強度與吸收率的比值為定射強度與吸收率的比值為定值值，且吸收率，且吸收率=放射率放射率。30熱輻射的計算一熱輻射的計算一n一平面物體上的全部太陽能為一平面物體上的全部太陽能為2000W/m2000W/m2 2，其中，其中400W/m400W/m2 2反射，反射，800W/m800W/m2 2被吸收，求太陽能的穿被吸收，求太陽能的

10、穿透率為多少？透率為多少？解：解：1-1-1-(800/2000)-(400/2000)1-(800/2000)-(400/2000)0.40.431熱輻射的計算二熱輻射的計算二n求一紅磚在求一紅磚在2002000 0C C時的輻射強時的輻射強度為多少度為多少W/mW/m2 2?解：解：23484/1064.22732001067.593.0mWTAq32溫室效應溫室效應-1-1(greenhouse effect)(greenhouse effect)n太陽輻射進入地球時，大氣層幾太陽輻射進入地球時，大氣層幾乎可以讓它穿透過去乎可以讓它穿透過去;同時地球同時地球也放出長波輻射，但地球的長波也

11、放出長波輻射，但地球的長波輻射卻會遭到大氣層中某些微量輻射卻會遭到大氣層中某些微量氣體的選擇吸收。氣體的選擇吸收。33溫室效應溫室效應-2-2n這些微量氣體選擇吸收了地球的這些微量氣體選擇吸收了地球的輻射能後，有部分會再反射回到輻射能後，有部分會再反射回到地球，而使得大氣保存了部分輻地球，而使得大氣保存了部分輻射能，於是造成地球的溫度比它射能，於是造成地球的溫度比它輻射平衡時的溫度高，大氣中因輻射平衡時的溫度高，大氣中因為有這些微量氣體選擇吸收了地為有這些微量氣體選擇吸收了地球的長波輻射，並能夠保存部分球的長波輻射，並能夠保存部分輻射能，因而可以使地球溫度升輻射能，因而可以使地球溫度升高，稱這

12、種作用為大氣的溫室效高，稱這種作用為大氣的溫室效應應。34環境中會造成環境中會造成溫室效應的氣體溫室效應的氣體n二氧化碳二氧化碳(CO(CO2 2):):在溫室效應中佔在溫室效應中佔5555。n氟氯碳化物氟氯碳化物(CFCs):(CFCs):在溫室效應中佔在溫室效應中佔2424。n甲烷甲烷(CH(CH4 4):):在溫室效應中佔在溫室效應中佔1515。n臭氧臭氧(O(O3 3):):來自地面污染的氮氧化合物來自地面污染的氮氧化合物經光化學作用變成臭氧。經光化學作用變成臭氧。n氧化亞氮氧化亞氮(N(N2 2O):O):在溫室效應中佔在溫室效應中佔6 6。35溫室效應造成的影響溫室效應造成的影響n氣候轉變：全球暖化氣候轉變：全球暖化n海平面上升海平面上升36日常生活中日常生活中熱量傳送的例子熱量傳送的例子n對流對流口吹氣冷卻熱麵口吹氣冷卻熱麵夏天吹冷氣夏天吹冷氣n輻射輻射烤燒餅烤燒餅冬天室內的電熱器冬天室內的電熱器