北京化工大学化工原理电子课件4.5热辐射4.5.1基本概念4.5.2物体的辐射能力4.5.3两固体间的相互辐射4.5.4高温设备及管道的热损失1返回北京化工大学化工原理电子课件4.5.1基本概念1.辐射：物体通过电磁波来传递能量的过程。2.热辐射：物体由于热的原因以电磁波的形式向外发射能量的过程。特点：•能量传递的同时还伴随着能量形式的转换；•不需要任何介质。2返回北京化工大学化工原理电子课件3.热辐射对物体的作用总能量Q；被物体吸收QA；被反射QR；穿过物体QD能量守恒定律：NQQRQ=QA+QR+QDQ式中A=A——吸收率；QQR=R——反射率；QAQQQD=D——穿透率。DQA+R+D=13返回北京化工大学化工原理电子课件A,R,D=f(物体性质、温度、表面、辐射波长）固体、液体：D=0R+A=1气体：R=0A+D=1黑体：A=1白体（镜体）：R=1透热体：D=1灰体：指能以相同的吸收率吸收所有波长的辐射能的物体。4返回北京化工大学化工原理电子课件4.5.2物体的辐射能力物体在一定温度下，单位表面积，单位时间内所发射的全部辐射能（波长从0到∞），W/m2。物体的单色辐射能力：物体在一定温度下，发射某3种波长的能力；以Eλ表示，单位W/m。∞辐射能与单色辐射能的关系：E=Eλdλ∫0−5c1λE0λ=普朗克定律ec2/λT−15返回北京化工大学化工原理电子课件−162其中c1=3.743×10W⋅m−2c2=1.4387×10m⋅K一、黑体∞4T4E0=E0λdλ=σoT=C0()∫0100斯蒂芬-波尔茨曼定律-式中σ0──黑体辐射常数，=5.67×108W/(m2.K4)；24四次方定律表明，热辐射对温度特别敏C0──黑体辐射系数，=5.67W/(m.K)6感。返回北京化工大学化工原理电子课件二、实际物体E物体的黑度：ε=ε<1E0物体的黑度ε：物体的种类、表面温度、表面状况、波长。是物体辐射能力接近黑体辐射能力的程度。三、灰体44⎛T⎞⎛T⎞E=εE0=εC0⎜⎟=C⎜⎟⎝100⎠⎝100⎠式中C——灰体的辐射系数，C=5.669εW/(m2.K4)7返回北京化工大学化工原理电子课件四、克希霍夫定律E1对灰体:Q=E1−A1E0E0热交换达到平衡时T1=T2,Q=0（1-A）E10E=AEE1A1E0110=E0A1ⅠⅡE任意物体:=E灰体黑体A0T>T12克希霍夫定律A1A2=18返回北京化工大学化工原理电子课件结论：（1）任何物体的发射能力与吸收率的比值均相同，且等于同温度下绝对黑体的发射能力。物体的发射能力越强，其吸收率越大。（2）A=ε即同温度下，物体的吸收率与黑度在数值上相等。（３）Ａ＜１，Ｅ＜Ｅ０，即在任何温度下，各种物体中以绝对黑体的发射能力为最大。9返回北京化工大学化工原理电子课件4.5.3两固体间的相互辐射一、两无限大平行灰体壁面间的相互辐射10返回北京化工大学化工原理电子课件设T1>T2E1、E2——1、2面在温度T1、T2下的发射能力；E’、E’——1、2面发射的总能量。12''E1=E1+(1−A1)E2''E2=E2+(1−A2)E1''两平面间单位面积的辐射热量：q1−2=E1−E2A2E1−A1E2q1−2=A1+A2−A1A211返回北京化工大学化工原理电子课件T14将E1=ε1C0()100TE=εC(2)4220100A1=ε1代入：A2=ε2CTTq=0[(1)4−(2)4]1−211+−1100100ε1ε2C1令：C=0=1−211111+−1+−——总发射系数ε1ε2C1C2C012返回北京化工大学化工原理电子课件TTQ=CA[(1)4−(2)4]1−21−2100100两平面的面积有限时：TTQ=ϕCA[(1)4−(2)4]1−2121−2100100式中A——平面的传热面积；ϕ1-2——角系数(物体1发射辐射能被2拦截分率)。13返回北京化工大学化工原理电子课件二、一物体被另一物体包围时的辐射C1C=o=ϕ=11−21A11A11+1(−1)+1(−)ε1A2ε2C1A2C2CO14返回北京化工大学化工原理电子课件讨论：1）很大的物体2包住物体1：A=A1C1−2=ε1C02）物体2恰好包住物体1：CA=AC=0