传热学课件第五章辐射换热理论.ppt

第一节 热辐射的本质和辐射换热特点 辐射:物体以电磁波的形式释放能量的现象。 热辐射:物体由于热的原因发生的辐射现象。 热辐射是物体具有一定温度时固有的属性，物体之间可以依靠热辐射进行辐射换热。 辐射能依靠电磁波在真空或介质中传播，传播速度等于光速。 当物体温度不同时，虽然物体之间不相互接触，却可以通过热射线的相互辐射和吸收，进行能量交换，这一现象称为辐射换热。辐射换热具有如下特点：  （1）辐射换热与导热和对流换热不同，发生辐射换热时不需要存在任何形式的中间介质，即使在真空中热辐射也可以进行。 （2）物体在辐射换热过程中，不仅有能量的转换，而且还有能量形式的转化，即物体在辐射时，不断将自己的热能转变为电磁波向外辐射，当电磁波射到其它物体表面时即被吸收而转变为热能，导热和对流换热均不存在能量形式的转换。 （3）辐射换热与导热和对流换热的另一个不同点在于导热量或对流换热量只和物体温度的一次方之差成正比，而辐射换热量是与两个物体热力学温度的四次方之差成正比，因此，两个物体的温度差对于辐射换热量的影响更强烈。 （4）热辐射是一切物体的固有属性，只要温度高于0K ,物体就一定向外发出辐射能量，当两个温度不同的物体在一起时高温物体辐射的能量大于低温物体辐射的能量，最终结果是高温物体向低温物体传递了能量。即使两个物体温度相同，辐射换热也仍在不断进行，只是处于热动平衡状态，净辐射换热量为零。 第二节 热辐射表面的一般性质 ? 由于各种辐射线都是电磁波，因此可见光和不可见光之间无本质区别，辐射线落到表面上同样会发生反射、吸收和透射现象。 当辐射能量为G的热射线落到 物体表面时，Gα部分被物体吸收， Gρ部分被物体反射,Gτ部分则透过 物体，根据能量守恒原理有： G= Gα+Gρ+ Gτ 则 定义 可得出 式中：α为物体的吸收比，表示物体所吸收的能量占投入辐射能量的份额；ρ为物体的反射比，表示物体所反射的能量占投入辐射能量的份额；τ为物体的透射比，表示物体所穿透的能量占投入辐射能量的份额。 对于某一波长射线，即单色射线上式仍然成立。可表示为: 式中： 分别称为物体的单色吸收比、单色反射比和单色透射比。 几种假想物理模型: 如果物体能够吸收外来投入辐射所有方向全波长的辐射能，这时吸收比 α=1，我们称之为黑体；而当反射比 ρ=1时，称之为镜体或白体，当透过比 τ=1时，称之为透热体。事实上，在自然界中，并不存在绝对的黑体、白体和透热体，这是人们为了研究的方便而采用的。 例如：煤烟、炭黑、粗糙的钢板等，对热射线的吸收比在0.9～0.95以上，接近于黑体。而磨光的纯金反射比ρ接近0.98，近似于白体。纯净的空气对于热射线基本上不吸收也不反射，认为是透热体。 镜反射 漫反射 物体反射有镜面反射和漫反射两种情况，如图所示。当反射表面非常平整光滑，则形成镜面反射，这时将遵循几何光学规律，即入射角等于反射角，此种物体称为镜体，当物体表面十分粗糙，使得投入表面的辐射向不同方向反射出去，并且反射辐射在各个方向上均匀分布时，则称为漫反射。一般工程材料都形成漫反射。 ? 注意：有些物体对热射线的透过具有选择性，例如玻璃对于波长λ＞4μm的红外线是不透明的,而对于可见光和紫外线则是透热体。还应注意对热射线而言的黑白概念是对整个热射线范围而言的，可见光只是其中的一部分，因此对热射线而言的黑白概念与日常的不同。对于工业高温下的热辐射来说,对射线的吸收和反射有重大影响的是表面的粗糙程度,而不是表面的颜色,例如白色表面和黑色表面对于工业高温下的红外辐射几乎具有相同的吸收比。例如白雪的吸收比高达0.985,近似于黑体。白布与黑布一样,吸收比很高,它们辐射特性的区别仅表现在白布对太阳辐射的吸收比很低,而黑布则相反。 第三节 辐射力和有效辐射 在相同的温度下以黑体的辐射力最大,用Eb表示,则实际物体的辐射力E为 E = εEb 式中：ε为物体的发射率（或黑度）；Eb为同温度下黑体的辐射力,W/m2。 二 、有效辐射 物体表面除了因本身的温度特性向外界发出本身辐射外,其它物体投射到物体表面上的投射辐射还有部分被反射。本身辐射和反射辐射之和称