第六节辐射传热VIP免费

第六节 辐射传热 4-6-1 基本概念和定律 一、基本概念 物体以电磁波的形式传递能量的过程称为辐射，被传递的能量为辐射能。当物体因热的原因而引起电磁波的辐射即称热辐射。电磁波的波长范围很广，但能被物体吸收转变成热能的辐射线主要是可见光线和红外光线，也即波长在0.4~20μm 的部分，此部分称为热射线。波长在0.4~0.8μ m 的可见光线的辐射能仅占很小一部分，对热辐射起决定作用的是红外光线。 热射线的可见光线一样，服从反射和折射定律，能在均一介质中作直线传播。在真空中和绝大多数气体中，热射线可完全透过，但不能透过工业上常见的大多数液体和固体。 如图4-31 所示，投射在某一物体表面上的总辐射能为Q，其中有一部分能量Qa被吸收，一部分能量QR 被反射，余下的能量QD 透过物体。根据能量守恒定律得： QQQQDRa 即 1QQQQQQDRa （4-96） 或 a+R+D=1 式中 a=QQa ——物体的吸收率，无因次； R=QQR ——物体的反射率，无因次； D=QQD ——物体的透过率，无因次。 当a=1，称为黑体或绝对黑体，表示物体能全部吸收辐射能。 当R=1，称为镜体或绝对白体，表示物体能全部反射辐射能。 当D=1，称为透射体，表示物体能全部透过辐射能。 实际上绝对黑体和绝对白体并不存在，只能是接近于黑体或镜体。吸收率 a、反射率 R和透过率 D 的大小取决于物体的性质、表面状况及辐射的波长等。能以相同的吸收率且部分地吸收由 0 到∞所有波长范围的辐射能的物体定义为灰体，灰体也是理想物体，但大多数工业上常见的固体材料可视为灰体。 二、斯蒂芬－波尔兹曼定律 理论研究表明，黑体的辐射能流率为单位时间单位黑体表面向外界辐射的全部波长的总能量，服从斯蒂芬－波尔兹曼定律： 40Tb （4-97） 式中 b ——黑体的辐射能流率，W/m2； 图4-31 辐射能的吸 收、反射和透过 0 ——黑体的辐射常数，其值为5.67×10－8W/（m2·K4）； T——黑体的绝对温度，K。 通常将上式写成： 40 100 Tcb （4-97a） 式中 c0——黑体的辐射系数，其值为5.67 W/（m2·K4）。 由此看出辐射传热与对流传热及热传导不同，并且辐射传热对温度特别敏感。对灰体其辐射能流率也可表示为： 4100 Tc （4-97b） 式中，c 为灰体的辐射系数，不同物体的c 值不同，并且和物质的性质、表面情况及温度有关，其值小于 c0。所以在同一温度下灰体的辐射能流率总是小于黑...