第四章 传热
第五节 辐射传热
一、基本概念和定律 二、两固体间的辐射传热 三、对流和辐射的联合传 热
2020/4/2
一、基本概念和定律
1、热辐射
热辐射 ：物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射 辐射传热 ：不同物体间相互辐射和吸收能量的综合过程
2、热射线
热射线 ：可见光线和红外光线统称为热射线 •服从反射定律和折射定律 •能在均一介质中作直线传播 •在真空和大多数的气体（惰性气体和对称的双原子气体）中 热射线可以完全透过
灰体的辐射能力E ：
E C
T
4
100
C：灰体的辐射系数，取决于物体性质、表面情况和温度。
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黑度（发射率）：同一温度下，灰体的辐射能力与黑体辐 射能力的比值
E
Eb
E
Eb
C0
T 100
4
6、克希霍夫定律
E1 A1Eb
E1 A1
Eb
A1
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E A
E1 A1
E2 A2
q12
C12
T1 100
4
T2
4
100
C12
1
C0 1
1
1
1 1
1
1 2
C1 C2 C0
C1-2——总辐射系数
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∴在面积均为S相距很小的平行面间的辐射传热速率为：
Q12
C12
S
T1 100
4
T2 100
4
当两平行壁面间距离与表面积相比不是很小时 ，辐射传热 速率应写为：
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3、热辐射对物体的作用
QA QR QD Q
Q
N
QR
QA QR QD 1 QQQ
QA
ARD 1
QD A=QA/Q ——物体的吸收率
R=QR/Q ——物体的反射率
D=QD/Q ——物体的透过率
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4、黑体、镜体、透热体和灰体
黑体（绝对黑体）：能全部吸收辐射能的物体，即A=1的物体 镜体（绝对白体）：能全部反射辐射能的物体，即R=1的物体 透热体 ：能透过全部辐射能的物体，即D=1的物体 灰体 ：能够以相等的吸收率吸收所有波长辐射能的物体 灰体的特点：
E dE
lim
E
0 d
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E 0 E d
绝对黑体的单色辐射能力Ebλ随波长的变化的规律 ：
Eb
C15
C2
e
T
1
1 Βιβλιοθήκη 2020/4/2•当λ=0时，单色发射能力Ebλ均等于零； •波长增加时，单色发射能力也随之增加，达到一最高
值后 ， Ebλ又随λ的增加而减小； •λ=∞时，又回到零。
Eb
——克希霍夫定律
一切物体的辐射能力与其吸收率的比值均相等，且等于
同温度下的绝对黑体的辐射能力，其值只与温度有关。
E Eb
A E
Eb
•在同一温度下，物体的吸收率和黑度在数值上相等。
•ε表示灰体辐射能力占黑体辐射能力的分数
•A为外界投射来的辐射能被物体吸收的分数
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二、两固体间的相互辐射
Ci2 C0i 5.67 0.11 0.624W /(m2 K 4)
1
Qi2
0.624 9[( Ti )4 100
黑体的辐射能力
Eb
0
Eb d
0
C15
c2
d
e T 1
0T
4
C0
T 100
4
——斯蒂芬---波尔茨曼定律
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0 : 黑体的辐射常数或斯蒂芬---波尔茨曼常数
0 5.669108 W/m2 K4
C0 : 黑体的辐射系数 C0 0 108 5.669W/m2 K4
绝对黑体的辐射能力和绝对温度的四次方成正比。
E2 R2 E1 1 R1R2
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q12 E1'E2 '
E1 R1E2 E2 R2E1 1 R1R2 1 R1R2
A
1
R,
A,
E
C0
T4 100
4
q12
Eb1 Eb2 1 1 1
1 2
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1
C0 1
T1
4
T2
4
1 100 100
1 2
Q12
C12
S
T1 100
4
T2 100
4
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ψ：几何因子或角系数，表示从辐射面积S所发射出的能 量为另一物体表面所拦截的分数。数值与两表面的形状、 大小、相互位置以及距离有关。
C1-2：物体1对物体2的总辐射系数，取决于壁面的性质和 两个壁面的几何因素。
例：车间内有一高和宽各为3m的铸铁炉门，其温度为 227℃，室内温度为27℃。为了减少热损失，在炉门前 50mm处设置一块尺寸和炉门相同的而黑度为0.11的铝板， 试求放置铝板前、后因辐射而损失的热量。
1、 两无限大平行灰体壁面之间的相互辐射
从壁面1辐射和反射的能量之和E1’
E1' E1 R1R2 E1 R12 R22 E1 R2 E2 R1R22 E2 R12 R23E2
E1 1 R1R2 R12R22 R1E2 1 R1R2 R12R22
1 R1R2 R12R22
它的吸收率A不随辐射线的波长而变。 它不是透热体，即A+R=1,D=0。
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5、物体的辐射能力---斯帝芬-波尔茨曼定律
物体辐射能力：物体在一定的温度下，单位表面积、单位 时间内所发射的全部波长的总能量。用E 表示，单位：W/m2。
单色辐射能力：单位表面积、单位时间内的发射某一特定 波长的能力。
( 27 273)4 ] 100
2.166104W
（2）放置铝板后因辐射损失的热量 用下标1、2和i分别表示炉门、房间和铝板。假定铝板的 温度为Ti （ K），则铝板向房间辐射的热量为：
Qi2
Ci 2S[(1T0i0 ) 4
T2 )4 ] 100
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式中： S Si 33 9m2
1 1 R1R2
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1
2
1
2
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E1'
E1 R1E2 1 R1R2
同理，从壁面2辐射和反射的能量之和E2’
E2 ' E2 R1R2E2 R12R22E2 R2E1 R1R22E1 R12R23E1
E2 1 R1R2 R12 R22 R2 E1 1 R1R2 R12 R22
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解：(1)放置铝板前因辐射损失的热量
Q12
C12S[(1T010 ) 4
( T2 )4 100
]
取铸铁的黑度为 1 0.78
S S1 33 9m2
C12 C01 5.670.78 4.423W /(m2 K 4)
1
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Q12
4.42319[( 227 273)4 100