1、6.5 辐射传热(Radiation Heat Transfer),热辐射：任何物体，只要其绝对温度大于零度，都会不停地以电磁波的形式向外辐射能量，温度越高，辐射能越多；同时，又不断吸收来自外界其他物体的辐射能，并转化为热能。当物体向外界辐射的能量与其从外界吸收的辐射能不等时，该物体与外界就产生热量的传递，这种传热方式成为热辐射。 此外，辐射能可以在真空中传播，不需要任何物质作媒介，这是区别于热传导、对流的主要不同点。,6.5.1 固体辐射 （1）黑体的辐射能力和吸收能力 斯蒂芬波尔兹曼定律 吸收能力 按能量守恒定律：Q = Qa+ Qr + Qd,6.5 辐射传热(Radiation Hea
2、t Transfer),式中 Qa / Q 吸收率，用a表示； Qr / Q 反射率，用r表示；Qd / Q 透过率，用d表示。 a + r + d = 1,（6-72）,（6-73）,（6-74）,图6-24 辐射能的吸收、反射和透过,6.5.1 固体辐射（1）黑体的辐射能力和吸收能力, 黑体、镜体、透热体和灰体 黑体（a = 1，d = r =0）； 镜体或白体（r = 1，a = d = 0）； 绝对透热体（d = 1，a = r = 0）； 灰体：指能够以相同的吸收率吸收所有波长的辐射能的物体。 吸收率a、反射率r、透过率d的大小取决于物体的性质、温度、表面状况和辐射线的波长等，一般地
3、表面粗糙的物体吸收率较大。 ( a , r , d ) = f (物体的性质，表面状况，温度，辐射线的波长),6.5.1 固体辐射（1）黑体的辐射能力和吸收能力, 斯蒂芬波尔兹曼定律（辐射能力）,式中 Eb黑体的辐射能力，W/m2； 0黑体辐射常数，其值为5.6710-8W/(m2K4); T 黑体表面的绝对温度，K； C0黑体辐射系数，其值为5.67 W/(m2K4) 。,（6-77）,6.5.1 固体辐射（1）黑体的辐射能力和吸收能力,例6-5 温度对物体辐射能力的影响 有一黑体，表面温度为0，该黑体的辐射能力为多少？如将黑体加热到546，其辐射能力增加到原来的多少倍？ 解：在0时的辐射能
4、力,546时的辐射能力与0时的辐射能力之比,6.5.1 固体辐射,（2）实际物体的辐射能力和吸收能力 黑度 表示为实际物体的辐射能力与黑体的辐射能力之比，黑度表示实际物体接近黑体的程度， 1。 注意：物体的黑度不单纯是颜色的概念。物体的黑度的影响因素：物体的种类、表面温度、表面状况（如粗糙度、表面氧化程度等）、波长。物体的黑度是物体的一种性质，只与物体本身的情况有关，与外界因素无关。,6.5.1 固体辐射 （2）实际物体的辐射能力和吸收能力,吸收能力 任何物体只能部分地吸收投入其上的辐射能，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吸收的程度不同。实际物体的吸收率 a = f
5、 (物体的种类，表面状况，温度，辐射的波长),6.5.1 固体辐射,（3）灰体的辐射能力和吸收能力克希霍夫定律 克希霍夫从理论上证明 a = 注意：上式只是说明同一灰体的吸收率与其黑度在数值上相等。但其物理意义上并不相同。 表示灰体发射能力E占同温度下黑体发射能力的分数； a 表示外界投射来的辐射能可被物体吸收的分数。,6.5.1 固体辐射,（4）黑体间的辐射传热和角系数,式中,黑体1对黑体2的角系数。,（6-83）,（6-85）,根据蓝贝特（Lambert）定律,（6-86）,6.5.1 固体辐射（4）黑体间的辐射传热和角系数,同样,（6-87）,（6-88）,（6-89）,（6-90）,6
6、.5.1 固体辐射（4）黑体间的辐射传热和角系数,对于两相距很近的平行黑体平板，两平板面积相等且足够大,则,（6-91）,6.5.1 固体辐射,（5）灰体间的辐射传热,6.5.1 固体辐射（5）灰体间的辐射传热,设在单位时间内离开某灰体单位面积的总辐射能为E效，称为有效辐射，而单位时间投入灰体单位面积的总辐射能为E入，称为投入辐射。,（6-92）,6.5.1 固体辐射（5）灰体间的辐射传热,若在稍离灰体表面处作能量衡算（从假想平面2考察），则有,图6-29 有效辐射示意图,对图6-29灰体作能量衡算（假想平面1考察），得,（6-95）,6.5.1 固体辐射（5）灰体间的辐射传热,将灰体理解为对
7、投入辐射全部吸收而辐射能为E效的“黑体”。这样，处于任何位置两灰体1、2之间所交换的净辐射能为,灰体1和2的有效辐射能分别为,（6-96）,若由两灰体组成的与外界无辐射能交换的封闭系统，则 Q12 = Q1= - Q2，同时 ，则,6.5.1 固体辐射（5）灰体间的辐射传热,或令,（系统黑度）,则,（6-98）,（6-99）,6.5.1 固体辐射（5）灰体间的辐射传热, 对两块相距很近而面积足够大的平行板，,即两物体的相对位置对辐射传热已无影响。,（6-101）, 对内包系统，内包物体具有凸表面，则,6.5.1 固体辐射（5）灰体间的辐射传热,此时两物体的相对位置对辐射传热也无影响。,（6-1
8、02）,当A1 / A2 1，与两无限大平板的计算式一样；,6.5.1 固体辐射（5）灰体间的辐射传热,（6-103）,（6-101）,6.5.1 固体辐射（5）灰体间的辐射传热,例6-6 热电偶的测温误差 用裸露热电偶测得管道内高温气体温度T1=923K。已知管壁温度为440 ，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 W/（m2 . ) 。试求管内气体的真实温度Tg及热电偶的测温误差。 如采用单层遮热罩抽气式热电偶，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90W/（m2 . ) ，遮热罩表面的黑度 。,6.5.1 固体辐射,（6）影响辐射传热的主要因素 温度的影响 在低温传热时，辐射的影响可以忽略；而在高温传热时，热辐射则不容忽视，有时甚至占据主要地位。 几何位置影响 物体表面的黑度 辐射表面间介质的影响,例6-7 遮热板的作用 室内有一高为0.5m、宽为1m的铸铁炉门，表面温度为600 ，室温为27 。试求： （1）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样大小的铝质遮热板（已氧化），炉门与遮热板的辐射热流量为多少？,6.5.1 固体辐射,（7）辐射给热系数 当同时考虑对流和热辐射时，用统一的牛顿冷却定律表示，即,（6-104）,（6-105）,
