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1、4.5 辐射传热4.5.1 辐射传热基本概念(1)热辐射物体以电磁波的形式向外发射能量的过程,称为热辐射。一定波长内(0.4-40m，主要是可见光和红外光)，具有热效应。*以电磁波形式传播，不需要任何介质进行传递。*两次能量形式转化:内能1 电磁波能内能2。*热辐射可穿越真空，但对流、热传导不能。具有反射、折射和吸收的特性；服从光的反射、折射定律；能在均一介质中作直线传播。(2)特点(3)辐射传热的特性辐射能的吸收、反射和透射DAR吸收率 反射率 透射率 黑体：能全部吸收辐射能的物体 A=1；白体：能全部反射辐射能的物体 R=1；透热体：能全部透过辐射能的物体 D=1；灰体：能以相同的吸收率A
2、，吸收全部波长辐射能的物体。工业上，多数物体都可近似视为灰体(A相差不大)。辐射能的吸收、反射和透射4.5.2 发射能力和辐射基本定律(1)发射能力 E(辐射能力)W/m2指：一定温度下，单位时间，单位面积上，物体所能发射出的全部波长的总能量。指：一定温度下，单位时间，单位面积上，物体发射的某一波长的总能量。单色发射能力 E：W/m2黑体的发射能力 E0：250000 2 4 6 108500015000350002000010000300001400 12001000800600/m1.155106E,0/Wm-2 普朗克定律图示d(2)辐射基本定律 普朗克定律 说明：斯蒂芬-波尔茨曼定律
3、表明黑体的发射能力与温度的关系。灰体的发射能力 C：灰体的发射系数 CC0 C=f(物性、温度、表面)实验证明：表明：灰体接近黑体的程度，值由实验测定。黑度（发射率）克希霍夫定律 设：A-灰体 B-黑体 A发射辐射能全部被B吸收。B发射辐射能：部分被A吸收-；部分被A反射-；热平衡时，对灰体而言：说明：对任何物体，发射能力和吸收率比值为常数，且等于同温度下，黑体的发射能力。说明：同温度下，任一物体吸收率等于黑度。4.5.3 固体表面间的辐射传热 化工生产中常遇到的固体壁面可按灰体处理；辐射在固体表面进行。两无限大平壁间辐射 有效辐射：两固体壁面间的有效辐射：角系数(总能量被壁面拦截分率)。=f
4、(两壁面形状，大小，相对位置，距离等）0 24 5167 30.21.00.80.60.4341圆盘形 2正方形 3长方形（边长比2:1）4长方形（狭长）21角系数 平行壁间辐射传热的角系数4.5.4 气体的热辐射 气体：单、对称双原子气体（H2、O2、空气）近似透热体，无吸收、发射能力 多原子气体(CO2、H2O蒸汽)高温时具有很强发射和吸收能力。气体热辐射特点：*选择性 只发射和吸收某一波长范围的辐射能；*容积辐射特性 吸收和发射在整个体积内进行。气体发射能力：同时存在两种以上传热方式的综合传热现象。例：设备表面的热损失，对流+热辐射 间壁换热过程中，对流+导热(2)设备热损失计算4.5.5 复合传热与设备热损失的计算(1)复合传热tw环境 t热损失：经验关联式：空气自然对流时，平壁保温层外：圆管保温层外：空气沿粗糙表面强制对流时，空气流速 u5m/s hT=6.2+4.2 u 空气流速 u5m/s hT=7.8 u0.78(3)绝热层的临界半径设稳态传热，管道外表面与环境间热损失为：htit1R1tR2triro绝热层的分析示意图 热损失与绝热层外半径的关系增加绝热层厚度，热损失一定减小。增加绝热层厚度，热损失可能增加，保温层的选择：对需保温的管子，ri一定。如果要满足保温条件，应从、hT两方面考虑，选择合适的保温层材质。绝热层的临界厚度为：r1r2r3圆管外的保温