传热学 第三章 辐射换热
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传热学-辐射换热PPT课件
传热学-辐射换热
一、热辐射与辐射换热
1、定义
辐射－辐射是物体中分子或原子受到激发而以电磁波的方式释放能量
的现象。
辐射能－辐射能是电磁波所携带的能量（或热能转变成电磁波形式的
能量）。
热辐射－物体由于热的原因（温度高于 0 K）而发射电磁波的现象。
辐射换热－物体之间通过热辐射交换热量的过程。
当系统达到热平衡时，辐射换热量为零，但热辐射仍然不断进行。
（3）不同温度下黑体的单色辐射力随波长的变化图
1） 黑体的温度一定时， 不同波长的能量不同。 并在某一波长时存在极 大值；
2） Eb 的最大值随温度 的升高向短波方向移动。
对数坐标
3) 相同波长下，温度高 时的光谱辐射力也强
4) 某一温度下曲线与横 轴之间的面积即代表 了该温度下的总辐射 力，即
=
E Eb
=
E Eb
C
T 100
4
Cb
T 100
4
C Cb
实际物体的发射率为图7-9曲线下的面积（辐射力）之比。
同一温度下黑体的辐射力最大。
（2）实际物体的辐射力E
E
Eb
Cb
T 100
4
（3）影响发射率的因素
发射率只取决于发射物本身的材料类别、表面状况和温度，而不 涉及外界条件（见教材P151表7-1）。
2、实际物体的单色发射率 对同温度、同波长
E Eb
单色发射率是曲线的纵坐标之比。
3、实际物体的发射率与单色发射率的关系
E Eb
E d
0
Eb d
Eb d
0
Eb d
图7-9
0
0
4、灰体的发射率与单色发射率的关系
一、热辐射与辐射换热
1、定义
辐射－辐射是物体中分子或原子受到激发而以电磁波的方式释放能量
的现象。
辐射能－辐射能是电磁波所携带的能量（或热能转变成电磁波形式的
能量）。
热辐射－物体由于热的原因（温度高于 0 K）而发射电磁波的现象。
辐射换热－物体之间通过热辐射交换热量的过程。
当系统达到热平衡时，辐射换热量为零，但热辐射仍然不断进行。
（3）不同温度下黑体的单色辐射力随波长的变化图
1） 黑体的温度一定时， 不同波长的能量不同。 并在某一波长时存在极 大值；
2） Eb 的最大值随温度 的升高向短波方向移动。
对数坐标
3) 相同波长下，温度高 时的光谱辐射力也强
4) 某一温度下曲线与横 轴之间的面积即代表 了该温度下的总辐射 力，即
=
E Eb
=
E Eb
C
T 100
4
Cb
T 100
4
C Cb
实际物体的发射率为图7-9曲线下的面积（辐射力）之比。
同一温度下黑体的辐射力最大。
（2）实际物体的辐射力E
E
Eb
Cb
T 100
4
（3）影响发射率的因素
发射率只取决于发射物本身的材料类别、表面状况和温度，而不 涉及外界条件（见教材P151表7-1）。
2、实际物体的单色发射率 对同温度、同波长
E Eb
单色发射率是曲线的纵坐标之比。
3、实际物体的发射率与单色发射率的关系
E Eb
E d
0
Eb d
Eb d
0
Eb d
图7-9
0
0
4、灰体的发射率与单色发射率的关系
第三章 传热学3-辐射换热
的半球总辐射力与黑体半球总辐射力之比:
E E Eb T4
18
3.1 辐射率
上面公式只是针对方向和光谱波长平均的情况，但实际上，真实表面的 辐射能力是随方向和波长变化的。
方向
波长
19
因此，我们需要定义单色定向辐射率，对于某一指定的方向和波
长
ε,θ
,θ ,TE ,actu alem itted E ,b lack b o d y
26
角系数的定义、性质及计算
1. 角系数的定义
在介绍角系数概念前，要先温习两个概念 (1)投入辐射：单位时间内投射到单位面积上的总辐射能，记为G。
(2)有效辐射：单位时间内离开单位面积的总辐射能为该表面的 有效辐射。包括了自身的发射辐射E和反射辐射G。G为投射 辐射。
有效辐射示意图
27
4 角系数
对于平面和凸面： Fii 0
对于凹面：
Fii 0
31
(3) 完整性
对于有n个表面组成的封闭系统，据能量守恒可得:
Q i Q i1 Q i2 Q i i Q i N
Qi1Qi2 Qii QiN1
Qi Qi
Qi
Qi
N
F ijF i1F i2 F ii F iN1
反射又分镜反射和漫反射两种镜反射漫反射立体角定义图14微元立体角可见辐射面积15辐射强度在单位时间内在某给定辐射方向上在与物体的发射方向垂直方向上的每单位投影面积在单位立体角内所发射的全波长的能量称为该方向上的辐射强度又称定向辐射强度用isrcosdqcosda方向的可见辐射面积10单位时间内辐射物体的单位表面积向半球空间发射的所有波长的能量总和
方向的立体角
dAcos 方向的可见辐射面积 9
E E Eb T4
18
3.1 辐射率
上面公式只是针对方向和光谱波长平均的情况，但实际上，真实表面的 辐射能力是随方向和波长变化的。
方向
波长
19
因此，我们需要定义单色定向辐射率，对于某一指定的方向和波
长
ε,θ
,θ ,TE ,actu alem itted E ,b lack b o d y
26
角系数的定义、性质及计算
1. 角系数的定义
在介绍角系数概念前，要先温习两个概念 (1)投入辐射：单位时间内投射到单位面积上的总辐射能，记为G。
(2)有效辐射：单位时间内离开单位面积的总辐射能为该表面的 有效辐射。包括了自身的发射辐射E和反射辐射G。G为投射 辐射。
有效辐射示意图
27
4 角系数
对于平面和凸面： Fii 0
对于凹面：
Fii 0
31
(3) 完整性
对于有n个表面组成的封闭系统，据能量守恒可得:
Q i Q i1 Q i2 Q i i Q i N
Qi1Qi2 Qii QiN1
Qi Qi
Qi
Qi
N
F ijF i1F i2 F ii F iN1
反射又分镜反射和漫反射两种镜反射漫反射立体角定义图14微元立体角可见辐射面积15辐射强度在单位时间内在某给定辐射方向上在与物体的发射方向垂直方向上的每单位投影面积在单位立体角内所发射的全波长的能量称为该方向上的辐射强度又称定向辐射强度用isrcosdqcosda方向的可见辐射面积10单位时间内辐射物体的单位表面积向半球空间发射的所有波长的能量总和
方向的立体角
dAcos 方向的可见辐射面积 9
传热学第三章答案
第三章思考题1. 试说明集中参数法的物理概念及数学处理的特点答：当内外热阻之比趋于零时，影响换热的主要环节是在边界上的换热能力。
而内部由于热阻很小而温度趋于均匀，以至于不需要关心温度在空间的分布，温度只是时间的函数， 数学描述上由偏微分方程转化为常微分方程、大大降低了求解难度。
2. 在用热电偶测定气流的非稳态温度场时,怎么才能改善热电偶的温度响应特性?答：要改善热电偶的温度响应特性，即最大限度降低热电偶的时间常数hA cvc ρτ=,形状上要降低体面比，要选择热容小的材料，要强化热电偶表面的对流换热。
3. 试说明”无限大平板”物理概念,并举出一二个可以按无限大平板处理的非稳态导热问题 答；所谓“无限大”平板，是指其长宽尺度远大于其厚度，从边缘交换的热量可以忽略 不计，当平板两侧换热均匀时，热量只垂直于板面方向流动。
如薄板两侧均匀加热或冷却、 炉墙或冷库的保温层导热等情况可以按无限大平板处理。
4. 什么叫非稳态导热的正规状态或充分发展阶段?这一阶段在物理过程及数学处理上都有些什么特点?答：非稳态导热过程进行到一定程度,初始温度分布的影响就会消失，虽然各点温度仍 随时间变化,但过余温度的比值已与时间无关，只是几何位置(δ/x )和边界条件(Bi 数) 的函数，亦即无量纲温度分布不变，这一阶段称为正规状况阶段或充分发展阶段。
这一阶段的数学处理十分便利，温度分布计算只需取无穷级数的首项进行计算。
5. 有人认为,当非稳态导热过程经历时间很长时,采用图3-7记算所得的结果是错误的.理由是： 这个图表明,物体中各点的过余温度的比值与几何位置及Bi 有关,而与时间无关.但当时间趋于无限大时,物体中各点的温度应趋近流体温度,所以两者是有矛盾的。
你是否同意这种看法,说明你的理由。
答：我不同意这种看法，因为随着时间的推移，虽然物体中各点过余温度的比值不变 但各点温度的绝对值在无限接近。
这与物体中各点温度趋近流体温度的事实并不矛盾。
《传热学》课后习题答案-第三章
第三章思考题1. 试说明集总参数法的物理概念及数学处理的特点答：当内外热阻之比趋于零时，影响换热的主要环节是在边界上的换热能力。
而内部由于热阻很小而温度趋于均匀，以至于不需要关心温度在空间的分布，温度只是时间的函数， 数学描述上由偏微分方程转化为常微分方程、大大降低了求解难度。
2. 在用热电偶测定气流的非稳态温度场时,怎么才能改善热电偶的温度响应特性?答：要改善热电偶的温度响应特性，即最大限度降低热电偶的时间常数,形状上要降低体面比，要选择热容小的材料，要强化热电偶表面的对流换热。
3. 试说明”无限大平板”物理概念,并举出一二个可以按无限大平板处理的非稳态导热问题 答；所谓“无限大”平板，是指其长宽尺度远大于其厚度，从边缘交换的热量可以忽略 不计，当平板两侧换热均匀时，热量只垂直于板面方向流动。
如薄板两侧均匀加热或冷却、 炉墙或冷库的保温层导热等情况可以按无限大平板处理。
4. 什么叫非稳态导热的正规状态或充分发展阶段?这一阶段在物理过程及数学处理上都有些什么特点?答：非稳态导热过程进行到一定程度,初始温度分布的影响就会消失，虽然各点温度仍 随时间变化,但过余温度的比值已与时间无关，只是几何位置()和边界条件(Bi 数) 的函数，亦即无量纲温度分布不变，这一阶段称为正规状况阶段或充分发展阶段。
这一阶段的数学处理十分便利，温度分布计算只需取无穷级数的首项进行计算。
5. 有人认为,当非稳态导热过程经历时间很长时,采用图3-7记算所得的结果是错误的.理由是： 这个图表明,物体中各点的过余温度的比值与几何位置及Bi 有关,而与时间无关.但当时间趋于无限大时,物体中各点的温度应趋近流体温度,所以两者是有矛盾的。
你是否同意这种看法,说明你的理由。
答：我不同意这种看法，因为随着时间的推移，虽然物体中各点过余温度的比值不变 但各点温度的绝对值在无限接近。
这与物体中各点温度趋近流体温度的事实并不矛盾。
6. 试说明Bi 数的物理意义。
《辐射换热》PPT课件
五、太阳能
五、太阳能
五、太阳能
太阳能空调
四、气体的辐射换热 ◆不同的气体，吸收和发射的能力不同。 ◆单原子和分子构造对称的双原子气体〔如 空气〕，几乎没有吸收和发射能力，可视为 完全透热体。 ◆不对称的双原子和多原子分子〔如水蒸气、 二氧化碳等〕，那么具有相当大的吸收和发 射能力。
〔2〕在太阳光下，白布的吸收率比黑布的小，在 室外穿浅色衣服比较凉快。
3、吸收、反射和透射 对大局部工程材料〔固体〕：不是透热体，即
AR1 对气体：反射率为0，即： AD 1
水蒸气、二氧化碳气体等，只能局部地吸收一定 波长范围内的辐射能。
4、辐射力
辐射力 ：E指在单位时间内物体单位外表积上
向半球空间所有方向发射的全部波长范围内的总
绝对黑体： 2、反射率
—A物如1体：反烟射煤辐、射雪能。的能力。
绝对白体R：
如：磨光的金属外表。
3、透射率 R —物1体透过辐射能的能力。
绝对透明D体：
如：绝对枯：
〔1〕黑体和白体是针对红外线而言的，与光学 上的黑白不同。如：白布和黑布的吸收率差不多，在 室内的感觉是一样的。
1、太阳的温度约5800K，可见光波长范围约：
0.3~ 80.7μ 6m 0.2~2μm
〔
〕
2、工程实际中所遇到0的.7温度~ 6在22μ 0000m K以下，大局部
热射线的范围为：
为红外线
辐射。
8.1 热辐射的概念和根本定 律 一、热辐射的概念
2、热辐射的特点 〔1〕无需媒介物质，可以在真空中进展热 量传播。 〔2〕热辐射过程中不仅有能量的转移，而 且还伴随着能量的转换，即发射时由热能转 变为辐射能，吸收时又由辐射能转换为热能。
传热学第三章辐射传热
传热学第三章辐射传热一、名词解释1．热辐射：由于物体内部微观粒子的热运动状态改变，而将部分内能转换成电磁波的能量发射出去的过程。
2．吸收比：投射到物体表面的热辐射中被物体所吸收的比例。
3．反射比：投射到物体表面的热辐射中被物体表面所反射的比例。
4．穿透比：投射到物体表面的热辐射中穿透物体的比例。
5．黑体：吸收比α= 1的物体。
6．白体：反射比ρ=l的物体(漫射表面)7．透明体：透射比τ= 1的物体8．灰体：光谱吸收比与波长无关的理想物体。
9．黑度：实际物体的辐射力与同温度下黑体辐射力的比值，即物体发射能力接近黑体的程度。
10．辐射力：单位时间内物体的单位辐射面积向外界(半球空间)发射的全部波长的辐射能。
11．漫反射表面：如果不论外界辐射是以一束射线沿某一方向投入还是从整个半球空间均匀投入，物体表面在半球空间范围内各方向上都有均匀的反射辐射度L r，则该表面称为漫反射表面。
12．角系数：从表面1发出的辐射能直接落到表面2上的百分数。
13．有效辐射：单位时间内从单位面积离开的总辐射能，即发射辐射和反射辐射之和。
14．投入辐射：单位时间内投射到单位面积上的总辐射能。
15．定向辐射度：单位时间内，单位可见辐射面积在某一方向p的单位立体角内所发出的总辐射能(发射辐射和反射辐射)，称为在该方向的定向辐射度。
16．漫射表面：如该表面既是漫发射表面，又是漫反射表面，则该表面称为漫射表面。
17．定向辐射力：单位辐射面积在单位时间内向某一方向单位立体角内发射的辐射能。
18．表面辐射热阻：由表面的辐射特性所引起的热阻。
19．遮热板：在两个辐射传热表面之间插入一块或多块薄板以削弱辐射传热。
20．重辐射面：辐射传热系统中表面温度未定而净辐射传热量为零的表面。
二、填空题1．热辐射是由于产生的电磁波辐射。
热辐射波长的单位是，在工业范围内，热辐射的波段主要集中于区段。
(热的原因，μm，红外)2．太阳与地球间的热量传递属于传热方式。
传热学-学习课件-8-1 辐射换热概念辨析
漫射体：辐射能按空间分布满足兰贝特定律的物体，即定 向辐射强度为常数。 I( ) I 常数
E I (,T ) (,T ) 漫灰表面：漫射的灰体表面，对基尔霍夫定律恒成立。
(T ) (T )
传热学 Heat Transfer
Thanks
3)辐射表面具有方向性和选择性 辐射换热属于表面的物理过程，在换热表面的不同方向 强度不一定相同，且与波长分布有关。
传热学 Heat Transfer
黑体、灰体、漫射体、漫灰表面
黑体：理想物体，吸收比和发射率都是最大
1, 1
灰体：理想物体，光谱吸收比与波长无关的物体 ( ) 常数
传热学 Heat传Tr热an学sfer Heat Transfer
传热学 Heat Transfer
辐射换热部分 主讲老师：王舫 at Transfer
辐射与导热、对流的区别
1)传递方式不同 导热和对流需要媒介，辐射换热不需要中间介质 2)辐射换热过程存在能量形式的转换
E I (,T ) (,T ) 漫灰表面：漫射的灰体表面，对基尔霍夫定律恒成立。
(T ) (T )
传热学 Heat Transfer
Thanks
3)辐射表面具有方向性和选择性 辐射换热属于表面的物理过程，在换热表面的不同方向 强度不一定相同，且与波长分布有关。
传热学 Heat Transfer
黑体、灰体、漫射体、漫灰表面
黑体：理想物体，吸收比和发射率都是最大
1, 1
灰体：理想物体，光谱吸收比与波长无关的物体 ( ) 常数
传热学 Heat传Tr热an学sfer Heat Transfer
传热学 Heat Transfer
辐射换热部分 主讲老师：王舫 at Transfer
辐射与导热、对流的区别
1)传递方式不同 导热和对流需要媒介，辐射换热不需要中间介质 2)辐射换热过程存在能量形式的转换
传热学热辐射的基本定律及辐射换热
1. A blackbody absorbs all incident radiation, regardless
of wavelength and direction. Namely =1.
2. For a prescribed temperature and wavelength, no surface can emit more energy than a blackbody.
2. 立体角(Solid angle)——续
d sindd
The solid angle associated with the entire hemisphere may be obtained by integrating the above Equation over the limits =0 to 2 and =0 to =/2. Hence
0
0 Ie cos sindd
Ie
对于漫射非黑体表面
J Ier
➢ 结论： 对于漫射表面，辐射力是任意方向辐射(强)度的倍。
§8.3 实际物体和灰体的辐射
一、实际物体(Real surface)
❖ 热辐射有两个重要特征：一是光谱性质，即光谱 辐射力随波长变化；一是方向性，即辐射度因方 向而异。
1. 实际物体的发射率
E Eb
0 E d
0 Eb d
0 E d bT 4
E(T ) (T )Eb (T ) (T ) bT 4
2. 实际物体的光谱发射率
E Eb
3. 实际物体的定向发射率
E Eb
4. 实际物体的光谱定向发射率
,
E , Eb ,
5. 温度为T时实际物体的光谱定向发射率
➢辐射换热与导热、对流换热不同，它不依 赖于物体的接触而进行热量传递。
of wavelength and direction. Namely =1.
2. For a prescribed temperature and wavelength, no surface can emit more energy than a blackbody.
2. 立体角(Solid angle)——续
d sindd
The solid angle associated with the entire hemisphere may be obtained by integrating the above Equation over the limits =0 to 2 and =0 to =/2. Hence
0
0 Ie cos sindd
Ie
对于漫射非黑体表面
J Ier
➢ 结论： 对于漫射表面，辐射力是任意方向辐射(强)度的倍。
§8.3 实际物体和灰体的辐射
一、实际物体(Real surface)
❖ 热辐射有两个重要特征：一是光谱性质，即光谱 辐射力随波长变化；一是方向性，即辐射度因方 向而异。
1. 实际物体的发射率
E Eb
0 E d
0 Eb d
0 E d bT 4
E(T ) (T )Eb (T ) (T ) bT 4
2. 实际物体的光谱发射率
E Eb
3. 实际物体的定向发射率
E Eb
4. 实际物体的光谱定向发射率
,
E , Eb ,
5. 温度为T时实际物体的光谱定向发射率
➢辐射换热与导热、对流换热不同，它不依 赖于物体的接触而进行热量传递。
第3章 热传递的基本原理
发电厂动力部分
第三章 热传递的基本原理
3-1 导热
一、导热的基本概念 当物体内部或相互接触的物体间存在温 度差时，热量从高温处传到低温处的过程称 为导热或热传导。
①定义：在没有质点相对位移的情况下，当物体内部 具有不同温度，或不同温度的物体直接接触时，所发 生的热能传递现象。
这种固体壁面同时存在对流和辐射换 热的过程称为复合换热。
3-4 传热过程与换热器
二、换热器 1．换热器的类型 换热器是实现冷热流体热量交换的设备。 按其工作原理，火电厂中的换热器一般可 分为混合式、表面式和再生式三类。
3-4 传热过程与换热器
二、换热器
2．换热器内冷热流体的相对流向
3-4 传热过程与换热器
2．削弱传热
削弱传热一般用于减少热力设备及热 力管道对环境的散热，且通过敷设隔热层的 办法来实现。 石棉、珍珠岩、矿渣棉等各类制品，是 电厂中广泛采用的隔热保温材料。
多层平壁导热
3-1 导热
对于多层的 圆筒壁仍然可以 利用热阻来求得 导热量、热流密
度，大家想一想
单层圆壁筒的导 热电阻如何求得？
3-2 对流换热
一、对流换热的概念及其类型 当温度不同的各部分流体之间产生宏观的相对运 动时，各部分流体因相互掺混所引起的热量传递过 程，称为热对流。流动着的流体与其相接触的固体 壁面之间的热量传递过程称为对流换热。对流换热 时，流体内部各部分流体之间存在着热对流，并同 时伴有热传导对流换热是热对流和热传导综合作用 的结果。
3-1 导热
数学表达式： q=-λdt/dx （W/m2） q—单位时间通过导体单位面积上的热量, 又称为热流密度; λ — 为导热系数；导热系数的大小取决 于物质的种类和温度;
第三章 热传递的基本原理
3-1 导热
一、导热的基本概念 当物体内部或相互接触的物体间存在温 度差时，热量从高温处传到低温处的过程称 为导热或热传导。
①定义：在没有质点相对位移的情况下，当物体内部 具有不同温度，或不同温度的物体直接接触时，所发 生的热能传递现象。
这种固体壁面同时存在对流和辐射换 热的过程称为复合换热。
3-4 传热过程与换热器
二、换热器 1．换热器的类型 换热器是实现冷热流体热量交换的设备。 按其工作原理，火电厂中的换热器一般可 分为混合式、表面式和再生式三类。
3-4 传热过程与换热器
二、换热器
2．换热器内冷热流体的相对流向
3-4 传热过程与换热器
2．削弱传热
削弱传热一般用于减少热力设备及热 力管道对环境的散热，且通过敷设隔热层的 办法来实现。 石棉、珍珠岩、矿渣棉等各类制品，是 电厂中广泛采用的隔热保温材料。
多层平壁导热
3-1 导热
对于多层的 圆筒壁仍然可以 利用热阻来求得 导热量、热流密
度，大家想一想
单层圆壁筒的导 热电阻如何求得？
3-2 对流换热
一、对流换热的概念及其类型 当温度不同的各部分流体之间产生宏观的相对运 动时，各部分流体因相互掺混所引起的热量传递过 程，称为热对流。流动着的流体与其相接触的固体 壁面之间的热量传递过程称为对流换热。对流换热 时，流体内部各部分流体之间存在着热对流，并同 时伴有热传导对流换热是热对流和热传导综合作用 的结果。
3-1 导热
数学表达式： q=-λdt/dx （W/m2） q—单位时间通过导体单位面积上的热量, 又称为热流密度; λ — 为导热系数；导热系数的大小取决 于物质的种类和温度;
《传热学辐射换热》课件
制氢系统通常采用热反应器 来将甲烷和水的混合物转化 为氢气，其中对热的要求很 高。
低温热电转换系统的温 度控制
低温热电转换是一种将温差 转化为电能的过程，可应用 于产生绿色能源或冷却系统 等领域。
建筑能耗管理系统中的 热传递分析
建筑能耗管理系统中，热传 递分析可以优化建筑能源使 用、降低环境污染、提高生 活质量等。
3 传递效应
传热时会发生温度场的变化和对流运动的发 生，也会影响介质的分子活动以及物体的变 形。
4 热辐射的种类
热辐射有热辐射、热电子辐射和自由自发辐 射，其中热辐射是最常见的一种。
辐射换热的定义及作用
定义
辐射换热是指热通过电磁波的传 播来换热的过程，该过程与介质 无关。
作用
辐射换热应用十分广泛，如太阳 能电池板、太空舱、食品加热等 多个领域。
传热学辐射换热PPT课件
本课件将介绍热传递的三种方式之一的辐射换热，包括热辐射基础、辐射换 热模型、辐射换热的重要性、计算方法以及在实际应用中的案例。
热传递的基本概念
1 传递方式
热传递分为传导、对流和辐射Байду номын сангаас种方式，其 中辐射换热是在真空或非接触的情况下很重 要的一种方式。
2 传递方式
传热的三种方式的共同点在于都会受到介质 和温度差的影响，而热辐射是通过电磁辐射 传递热量。
分子形壳辐射发生在由多个分子层组成的介质中，介质厚度通常在几纳米到几微 米范围内。
辐射换热模型
1 设计流程
辐射换热模型的设计流程 包括建立数学模型、精度 验证和优化设计。
2 传热原理
辐射换热的传热原理是辐 射能量通过介质，产生电 子的能量变化，从而产生 热量。
3 传热方程
低温热电转换系统的温 度控制
低温热电转换是一种将温差 转化为电能的过程，可应用 于产生绿色能源或冷却系统 等领域。
建筑能耗管理系统中的 热传递分析
建筑能耗管理系统中，热传 递分析可以优化建筑能源使 用、降低环境污染、提高生 活质量等。
3 传递效应
传热时会发生温度场的变化和对流运动的发 生，也会影响介质的分子活动以及物体的变 形。
4 热辐射的种类
热辐射有热辐射、热电子辐射和自由自发辐 射，其中热辐射是最常见的一种。
辐射换热的定义及作用
定义
辐射换热是指热通过电磁波的传 播来换热的过程，该过程与介质 无关。
作用
辐射换热应用十分广泛，如太阳 能电池板、太空舱、食品加热等 多个领域。
传热学辐射换热PPT课件
本课件将介绍热传递的三种方式之一的辐射换热，包括热辐射基础、辐射换 热模型、辐射换热的重要性、计算方法以及在实际应用中的案例。
热传递的基本概念
1 传递方式
热传递分为传导、对流和辐射Байду номын сангаас种方式，其 中辐射换热是在真空或非接触的情况下很重 要的一种方式。
2 传递方式
传热的三种方式的共同点在于都会受到介质 和温度差的影响，而热辐射是通过电磁辐射 传递热量。
分子形壳辐射发生在由多个分子层组成的介质中，介质厚度通常在几纳米到几微 米范围内。
辐射换热模型
1 设计流程
辐射换热模型的设计流程 包括建立数学模型、精度 验证和优化设计。
2 传热原理
辐射换热的传热原理是辐 射能量通过介质，产生电 子的能量变化，从而产生 热量。
3 传热方程
传热学-辐射传热的计算
X1,2
=
A1 + A2 − 2A1
A3
X1,3
=
A1 + A3 − 2A1
A2
X 2,3
=
A2
+ A3 − 2A2
A1
相对性
A1 X1,2 = A2 X 2,1 A1 X1,3 = A3 X 3,1 A2 X 2,3 = A3 X 3,2
三个非凹表面组成的封闭系统
由于垂直纸面方向的长度相同，则有：
微元面积 d A1 对 A2的角系数为
∫ X d1，2 =
cosθ1 cosθ2dA2
A2
πr2
A1对 A2 的角系数为
∫ ∫ A1X1，2 =
⎛ A1 ⎜⎝
A2
cosθ1 cosθ2dA2 πr2
⎞⎟⎠dA1
∫ ∫ X1，2
=
1 A1
A1
cosθ1 cosθ2dA2dA1
A2
πr2
这就是求解任意两表面之间角系数的积分表达式。注意这是一个四重积 分，不少情况下会遇到一些数学上的因难，需采用某些专门的技巧
¾ 本节所讨论的固体表面间的辐射换热是指表面之间不存在参 与热辐射介质的情形
¾ 本节将给出两个稳态辐射换热的例子，即分别由等温的两黑 体或等温的两漫灰体组成的封闭系统内的表面间辐射换热
¾ 封闭系统内充满不吸收任何辐射的透明介质 ¾ 所采用的方法称为“净热量”法
9.2.1 两黑体表面组成的封闭腔的辐射传热
X1,2 = X1,2a + X1,2b n
∑ 如把表面2进一步分成若干小块，则有 X1,2 = X1,2i i =1
从表面2上发出而落到表面1上的辐射能，等于从表面2的各部分发 出而落到表面1上的辐射能之和，于是有
辐射换热公式
解： Q0
Q1 Q0 冷凝器换热量
Q1
Q0
1.04104W
1
Q1 kA(t f 1 t f 2 )
k Q1/[A(t f 1 t f 2)]167.7W /(m2 K)
Q2
A
t1
t2
（3）气缸外表面与水之间的对流换热流量Q3为：
Q3 2 A t2 t f2
Q1
1 A
t
f
1
t1
Q3
2 A
t2
t
f
2
Q2
A
t1
t2
稳定情况下由Q1=Q2=Q3=Q，得：
1 1
Q(
1
A
A
2
A
)
t
f
1
t
f
2
传热公式
Q
1
t f1 t f2
1
1A A 2 A
Q t f1 t f2 R1 R R2
第三节 导热过程、对流换热过程、 辐射换热过程和传热过程
Q
一、导热公式
Q At1 t2
W
外表面壁温，℃ 壁的厚度，m
内表面壁温，℃ 垂直于导热方向的物体横截面积, m2
导热系数， 热流量W，/W m·K
Q
t1
t2
热流量
t1 t2 R
温差 热阻
A
导热热阻
R
A
二、对流换热公式
牛顿冷却定律
Q 2 A t2 t f2
具有不同表面温度的物体之间依靠热辐射进行的热传4141001001ttacqfsr??ccss为该辐射系统的辐射系数它和参与辐射物体的性为该辐射系统的辐射系数它和参与辐射物体的性质物体之间的距离相对论位置物体的形状等因素质物体之间的距离相对论位置物体的形状等因素有关其单位为有关其单位为wmwm22kk44q11由燃气传递给内壁面的对流换热量和辐射换热的热流由燃气传递给内壁面的对流换热量和辐射换热的热流量公式分别为量公式分别为aq11ttqfcc对流换热量对流换热量414100100q1ttacqfsr辐射换热量辐射换热量q1总热流量总热流量10010011114141ttattttcfffsc111tta辐射换热的当量换热系数辐射换热的当量换热系数qfrc111tta燃气对壁面的总换热系数f燃气对壁面的总换热系数22通过缸壁的导热热流量通过缸壁的导热热流量qq22为为212ttaq33气缸外表面与水之间的对流换热流量气缸外表面与水之间的对流换热流量qq33为为2223ftqtaqt1111atqf212tta2223afttq稳定情况下由稳定情况下由qq11qq22qq33qq得得212111ffttaaaq传热公式传热公式aaattqff211121q2121rrrttqff2121rrrtt1qff21ffttka2111kkk称为称为传热系数传热系数单位为差为差为1k1k时每平方米传热面积在时每平方米传热面积在11秒钟内所传递的热量数
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q = E − AEb
A
(1-A)Eb
w/m2
当温度相等时， 当温度相等时，两表面处于 热平衡状态， 热平衡状态，q=0，于是得到 ， E=AEb
第三章 辐射换热 热辐射的基本概念
五、基尔霍夫定律
上式可以写成： 上式可以写成：
E = Eb A
推广到任何物体得到： E1 = E2 = E3 L = E = E 推广到任何物体得到： b A1 A2 A3 A 上式就是基尔霍夫定律的数学表达式。 上式就是基尔霍夫定律的数学表达式。它可以表述 在热平衡条件下， 为：在热平衡条件下，任何物体的辐射力与吸收率的 比值，恒等于同温度下黑体的辐射力。 比值，恒等于同温度下黑体的辐射力。
第三章 辐射换热
热辐射是热传递的三种基本方式之一， 热辐射是热传递的三种基本方式之一，它是 由电磁波来传递能量的现象， 由电磁波来传递能量的现象，与导热和对流有着 本质的区别。辐射换热是互不接触的物体之间通 本质的区别。 过相互辐射进行热交换的过程。 过相互辐射进行热交换的过程。
第三章 辐射换热
第三章 辐射换热 热辐射的基本概念
四、黑度
物体的黑度表示该物体辐射力接近绝对黑体辐射力 的程度。 的程度。
E ε= Eb
第三章 辐射换热 热辐射的基本概念
五、基尔霍夫定律
如图设有两个表面，一个是黑体，一个是灰体。 如图设有两个表面，一个是黑体，一个是灰体。 两个表面互相平行，距离很近， 两个表面互相平行，距离很近，于是从一块板上发射 的辐射能全部落到另一块板上。若板1为黑体表面 为黑体表面， 的辐射能全部落到另一块板上。若板 为黑体表面， 其辐射力、吸收率、和表面温度分别为E 其辐射力、吸收率、和表面温度分别为 b,Ab和 T1， 为灰体表面， 板2为灰体表面，其辐射力、吸收率、和表面温度分 为灰体表面 其辐射力、吸收率、 别为E,A和 T2。 别为 和 。
第三章 辐射换热 热辐射的基本概念
五、基尔霍夫定律
从基尔霍夫定律可以得出如下结论： 从基尔霍夫定律可以得出如下结论： 1.在同温度下，物体的辐射力越大，其吸收率就愈大， 在同温度下，物体的辐射力越大，其吸收率就愈大， 在同温度下 即善于辐射的物体善于吸收。 即善于辐射的物体善于吸收。 2.同温度下黑体的辐射力最大。 同温度下黑体的辐射力最大。 同温度下黑体的辐射力最大 3.与黑度相比，ε=A.它表明在温度相等的情况下，物体 与黑度相比， 它表明在温度相等的情况下， 与黑度相比 它表明在温度相等的情况下 的黑度恒等于它的吸收率。 的黑度恒等于它的吸收率。
物体辐射能量按波长的分布是不均匀的。若在波长 至 的波段内 的波段内， 物体辐射能量按波长的分布是不均匀的。若在波长λ至dλ的波段内，辐射 的能量为dE则 的能量为 则：
Q E= F
w/m2
dE = Eλ dλ
w/m2
Eλ表示单位时间内，物体在单位面积上向半球空间所有方向发射的某一特 表示单位时间内， 定波长的能量，称单色辐射力。凡属黑体的一切量都用E 表示。 定波长的能量，称单色辐射力。凡属黑体的一切量都用 b表示。
第三章 辐射换热 热辐射的基本概念
三、辐射力和单色辐射力
自然界中并不存在绝对的黑体， 自然界中并不存在绝对的黑体，用人工的方法可以制造出十分接近黑体的 模型，如图，在前墙上开一个小孔的空腔制成黑体， 模型，如图，在前墙上开一个小孔的空腔制成黑体，空腔壁面应保持均匀的 温度。当辐射经过小孔射进空腔时，在空腔内要经历多次的吸收和反射， 温度。当辐射经过小孔射进空腔时，在空腔内要经历多次的吸收和反射，而 每经过一次吸收，辐射能就按照内壁面吸收率的份额被减弱一次， 每经过一次吸收，辐射能就按照内壁面吸收率的份额被减弱一次，最终能离 开小孔的能量微乎其微，可认为完全被吸收再空腔内。 开小孔的能量微乎其微，可认为完全被吸收再空腔内。
第三章 辐射换热 热辐射的基本概念
三、辐射力和单色辐射力
辐射力是指物体单位表面积上单位时间内向半球空间所有方向发射的全部 波长范围内的总能量，用符号E表示 若物体的表面积为F， 表示。 波长范围内的总能量，用符号 表示。若物体的表面积为 ，所发射出去的总 能量是Q,则辐射力为 则辐射力为： 能量是 则辐射力为：
第三章 辐射换热
第三章 辐射换热 热辐射的基本概念
一、辐射的本质和特点
由于热辐射的本质是电磁波，热辐射的原因是物体温度， 由于热辐射的本质是电磁波，热辐射的原因是物体温度， 因而热辐射应具有如下特点： 因而热辐射应具有如下特点： 1.热辐射与导热和对流不同，导热和对流必须由冷热物体直接 热辐射与导热和对流不同， 热辐射与导热和对流不同 接触或通过中间介质相接触，才能进行能量传递， 接触或通过中间介质相接触，才能进行能量传递，热辐射则不 需要冷热物体直接接触，也不需要任何中间介质， 需要冷热物体直接接触，也不需要任何中间介质，甚至在真空 中也可以进行。 中也可以进行。 2.热辐射过程不仅有能量转移，还伴有能量转化，即发射时热 热辐射过程不仅有能量转移，还伴有能量转化， 热辐射过程不仅有能量转移 能转变为辐射能，吸收时辐射能转变为热能。 能转变为辐射能，吸收时辐射能转变为热能。 3.任何物体只要温度在绝对零度以上，都可以不停的向外发射 任何物体只要温度在绝对零度以上， 任何物体只要温度在绝对零度以上 电磁波。高低温物体能互相传递， 电磁波。高低温物体能互相传递，但总效果是高温物体传向低 温物体。在辐射换热时，物体同时伴随有发射和接收双向过程。 温物体。在辐射换热时，物体同时伴随有发射和接收双向过程。
第三章 辐射换热 热辐射的基本概念
一、辐射的本质和特点
由于分子的热运动和原子的振动， 由于分子的热运动和原子的振动，会引起电子 运动轨道的变化，引起周围电场的变化， 运动轨道的变化，引起周围电场的变化，通过电磁 感应，电场的每一变化又使磁场产生相应的变化， 感应，电场的每一变化又使磁场产生相应的变化， 这种电磁场的交替变化就形成了电磁波并向外发射。 这种电磁场的交替变化就形成了电磁波并向外发射。 物体向外发射电磁波的过程称为辐射。 物体向外发射电磁波的过程称为辐射。由于自身热 运动或温度原因使物体向外发射电磁波的过程称为 辐射。 热 辐射。
第三章 辐射换热 热辐射的基本概念
五、基尔霍夫定律
灰体表面2所放射出来的能量 透射到黑体表面1上 灰体表面 所放射出来的能量E 透射到黑体表面 上 所放射出来的能量 全部被黑体所吸收。而黑体表面1反辐射出来的能 时，全部被黑体所吸收。而黑体表面 反辐射出来的能 透射到灰体2上时 被灰体表面吸收AE 而其余部 上时， 量Eb透射到灰体 上时，被灰体表面吸收 b,而其余部 则被反射回到黑体表面1上 分（1-A)Eb则被反射回到黑体表面 上，并完全被黑体 所吸收。灰体表面吸收的能量是AE 而失去的能量是E， 所吸收。灰体表面吸收的能量是AEb而失去的能量是E， 两者的差额就是两板间的辐射换热量q: 两者的差额就是两板间的辐射换热量
QR
Q = QA + QR + QD
Q 令 QD
QA = A Q QR =R Q QD = D Q
QA
则:A+D+R=1
第三章 辐射换热 热辐射的基本概念
二、吸收、反射和透射
A------吸收率 吸收率 D------反射率 反射率 R-----穿透率 穿透率 A、D、R的大小都在 、 、 的大小都在 的大小都在0---1范围内变化，大小与物体的温度和表 范围内变化， 范围内变化 面状况又滚，实际工程中， 面状况又滚，实际工程中，可以认为液体和固体不允许热辐射 透过，所以D=0。就固体和液体而言，吸收能力大的物体其反 透过，所以 。就固体和液体而言， 射能力就弱。 射能力就弱。 在工程中，通常把吸收率 的物体称为绝对黑体（ 在工程中，通常把吸收率A=1的物体称为绝对黑体（简称黑 的物体称为绝对黑体 ）；把反射率 把反射率R=1的物体称为镜体，或绝对白体；把穿透率 的物体称为镜体， 体）；把反射率 的物体称为镜体 或绝对白体； D=1的物体称为透明体。在工程中，通常引入灰体的概念，即 的物体称为透明体。 的物体称为透明体 在工程中，通常引入灰体的概念， A<1的物体。 的物体。 的物体
第三章 辐射换热 热辐射的基本概念
一、辐射的本质和特点
不同波长的电磁波投射到物体上， 不同波长的电磁波投射到物体上，产生的效应 大不相同。根据不同的效应， 大不相同。根据不同的效应，可将电磁波分成各种 射线区。通常把波长在0.1—100µm之间的电磁波 射线区。通常把波长在 之间的电磁波 包括可见光，部分紫外线和红外线）称热射线。 （包括可见光，部分紫外线和红外线）称热射线。 因为，在这段波长范围内， 因为，在这段波长范围内，电磁波辐射到物体上能 产生较显著的热效应， 产生较显著的热效应，即辐射能可以全部地或部分 转变成热能，被物体吸收。 转变成热能，被物体吸收。
第三章 辐射换热 热辐射的基本概念
二、吸收、反射和透射
一般来说，热射线也遵循可见光的规律， 一般来说，热射线也遵循可见光的规律，即当射线落到物 体表面上时，也发生吸收、反射和穿透现象。如图， 体表面上时，也发生吸收、反射和穿透现象。如图，设外界投 射到物体表面的总能量为Q,一部分能量 一部分能量Q 射到物体表面的总能量为 一部分能量 A在进入表面后被物体 吸收；另一部分能量Q 被物体反射，其余部分能量Q 吸收；另一部分能量 R被物体反射，其余部分能量 D透射过 物体，于是有： 物体，于是有：