5.5 辐射传热化学工程与工艺研究所*1热辐射的定义与性质任何物体，只要其绝对温度不为零度，都会不停的以电磁 波的形式向外界辐射能量；同时，又不断吸收来自外界其他 物体的辐射能。当物体向外界辐射的能量与其从外界吸收的 辐射能不相等时，该物体与外界就产生热量的传递。这种传 热方式称为热辐射。热辐射线可以在真空中传播，无需任何介质，这是热辐射 与对流和传导的主要不同点。因此，辐射传热的规律也不同于 对流传热和导热。Date2Date3（一）固体辐射1.黑体入射 辐射 Q某物体按能量守恒定律，有:Date4显然，有：式中各项依次称为该物体对入射辐射 的吸收率，反射率和穿透率，并分别 用字母a , r , d表示。黑体：是指能吸收投入到其面 上的所有热辐射能的物体，是 一种科学假想的物体，现实生 活中是不存在的。但却可以人 工制造出近似的人工黑体。黑体模型 Date5黑体a=1.白体r=1.透射体d=1 “黑”，“白”之分不据颜色 雪霜a=0.985近似黑体，黑光金属 r=0.97近似白体。黑体，白体，透射体Date6斯蒂芬波尔兹曼定律称为黑体发射常数。上式也可表示为：称为黑体发射系数。表明绝对黑体的发射能力和绝 对温度的四次方成正比。Date72.实际物体黑度黑度只与辐射物体本身情况有关（与温度有关）， 是物体的一种性质，而与外界无关。任何实际物体只能部分吸收投入其上的辐射能，而 且对不同波长的辐射能呈现出一定的选择性，即对 不同波长的辐射能的吸收程度不同。Date83.灰体实验证明，对于波长在范围内的辐射能，即工业上应用最多的 热辐射，大多数材料的吸收率随波长变 化不大，根据这一实际情况，可以把实 际物体当成是对各种波长辐射能均能同 样吸收的理想物体。这种理想物体称为 灰体。Date9克希荷夫从理论上证明：此式称为克希荷夫定律。此式为克希荷夫定律 得另一种表达式。Date104.黑体间的辐射传热两黑体间传递的热流量：Date11角系数定义从表面1发出的辐射能中落到表面2上的百分数 称为表面1对表面2的角系数，记为落到dA2上的由dA1发出的辐射能dA1向外发出的总辐射能Date12由蓝贝特定律可证明：工程上为了方便起见，已经把角系数的结果绘成曲线， 以便计算。Date135.灰体间的辐射传热12Date14有效辐射和投入辐射单位时间内离开某灰体单位面积的总辐射 能称为有效辐射，而单位时间投入灰体单 位面积的总辐射能称为投入辐射。1 2对假象平面1考察，单位时间 ，单位面积净损失能量为：对假象平面2考察，有：Date15联立上两式，得：引入了有效辐射，则可以把灰体当成是对投入辐 射全部吸收而辐射能力等于有效辐射的“黑体”。将有效辐射的表达式代入，并且当考察对象 是两灰体组成的与外界没有辐射能交换的封 闭系统时，有：可得：Date16或写成：式中，称为系统黑度。Date17(1)两距离很近大平板：Date18(2)内包系统，内包物体具有凸表面12Date19例：热电偶的测温误差：用裸露热电偶测得管产内高温 气体的温度T1923K。已知管壁温度为713K，热电偶 表面的黑度 ，高温气体对热电偶表面的对流给 热系数 ， 试求管内的真实温度 及热电偶的测温误差。 如采用单层遮热抽气式热电偶，热电偶的指示温度为多 少？假设由于抽气的原因气体对热电偶的对流给热系数 增至 ，遮热罩表面的黑度Date20Date21Date22(6)影响辐射的主要因素 1.温度影响 与 成正比，很敏感。与对流、传导不同。 2.几何位置影响 角系数 3.表面黑度的影响 为了减少辐射散热，可在表面上镀以黑度很小 的银、铝等。 4.辐射表面之间介质的影响 介质指辐射面之间的某一参与辐射的物体，其 影响着辐射面之间的直接辐射，如遮热屏壁。 为了减少辐射散热，加遮热板。Date23例：遮热板的作用：实验室内有一高0.5m，宽 1m的铸铁炉门，其表面温度为 ，（1） 试求由于炉门辐射散热的热流量 （2）若在炉门前很近距离平行放置一块同等大 小的铝板（已氧化）作 为遮热板，则辐射散热热流量可降为多少？设 室温为 。高温炉门铝板遮热板环境空气Date24Date25Date26(7)辐射给热系数Date27（二）气体辐射气体：对称双原子气体（H2、O2、空气） 近似透热体，无吸收、辐射能力多原子气体(CO2、H2O蒸汽) 高温时具有很强辐射和吸收能力。 气体热辐射特点：* 选择性 只辐射和吸收某一波长范围的辐射能；* 容积辐射特性 吸收和辐射在整个体积内进行。 气体发射能力：Date28（三）辐射、对流的联合传热很多化工设备外壁温度常高于周围的环境温度，因此 热量将由壁面以对流和辐射两种形式散失。辐射对流联合传热系数。Date29