六節(jié)輻射傳熱ppt課件

1、第六節(jié)第六節(jié) 輻射傳熱輻射傳熱4-6-1 根本概念和定律根本概念和定律一一. 根本概念根本概念1. 熱射線熱射線110 1210 10210310410610 510 410 310 無無線線電電波波紅紅外外線線可可見見光光紫紫外外線線倫倫琴琴射射線線 射射線線熱射線熱射線電磁波譜電磁波譜波長(zhǎng)波長(zhǎng) m約為約為 0.4-600 m2. 吸收、反射和透射吸收、反射和透射QAQQRQDQ=QA +QR +QD具有實(shí)踐意義的波長(zhǎng)范圍為具有實(shí)踐意義的波長(zhǎng)范圍為:0.420 m3. 黑體黑體 鏡體鏡體(白體白體) 透熱體透熱體 灰體灰體 A=1 R=1 D=1 A+R=1灰體灰體: 以一樣的吸收率以一樣的

2、吸收率, 部分的吸收由部分的吸收由0到到一切波長(zhǎng)范圍輻射能一切波長(zhǎng)范圍輻射能的物體的物體. 實(shí)踐物體可被看作灰體實(shí)踐物體可被看作灰體.普朗克定律普朗克定律 : 描畫黑體的單色輻射才干描畫黑體的單色輻射才干, 提示了黑體輻射才干按照提示了黑體輻射才干按照 波長(zhǎng)的分配規(guī)律波長(zhǎng)的分配規(guī)律.二二 根本定律根本定律1. 物體的輻射才干物體的輻射才干E與普朗克定律與普朗克定律E: 一定溫度下一定溫度下, 物體在單位外表積、單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的全部波長(zhǎng)的物體在單位外表積、單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的全部波長(zhǎng)的總能量總能量. W/m2單色輻射才干單色輻射才干: 在一樣條件下在一樣條件下, 物體發(fā)射的特定波長(zhǎng)的能量物體發(fā)射的特

3、定波長(zhǎng)的能量E. 定義式定義式 :E與與E的關(guān)系的關(guān)系: 110 1210 10210310410610 510 410 310 無無線線電電波波紅紅外外線線可可見見光光紫紫外外線線倫倫琴琴射射線線 射射線線熱射線熱射線電磁波譜電磁波譜波長(zhǎng)波長(zhǎng) m2. 斯蒂芬斯蒂芬-波爾茨曼定律波爾茨曼定律 (黑體總輻射才干與絕對(duì)溫度的關(guān)系黑體總輻射才干與絕對(duì)溫度的關(guān)系)又稱四次方定律又稱四次方定律輻射傳熱的結(jié)果輻射傳熱的結(jié)果:T1 T23. 克?；舴蚨煽讼；舴蚨?(恣意物體的輻射才干與它的吸收率之間的關(guān)系恣意物體的輻射才干與它的吸收率之間的關(guān)系)灰體灰體 黑體黑體絕熱系統(tǒng)絕熱系統(tǒng)壁壁1可以是任何壁可以是

4、任何壁, 所以所以:灰體輻射才干灰體輻射才干:E=AEb 當(dāng)兩壁溫度相等時(shí)當(dāng)兩壁溫度相等時(shí):(T1 = T2)闡明闡明:(1) 任何物體的輻射才干與其吸收率的比值任何物體的輻射才干與其吸收率的比值, 恒等于同溫度下黑體的輻射才干恒等于同溫度下黑體的輻射才干,并只和并只和 溫度有關(guān)溫度有關(guān), 與物體的性質(zhì)無關(guān)與物體的性質(zhì)無關(guān).(2) 擅長(zhǎng)吸收輻射能的物體擅長(zhǎng)吸收輻射能的物體, 也擅長(zhǎng)發(fā)射輻射能也擅長(zhǎng)發(fā)射輻射能.(3) 在一定溫度條件下在一定溫度條件下, 黑體具有最大的輻射能黑體具有最大的輻射能 力和吸收率力和吸收率.4. 物體的黑度物體的黑度 (反映灰體接近于黑體的程度反映灰體接近于黑體的程度,

5、 可比較灰體間輻射才干可比較灰體間輻射才干的大小的大小.)定義定義: 在同一溫度下在同一溫度下, 灰體的輻射才干與黑體的輻射才干之比灰體的輻射才干與黑體的輻射才干之比 .即即:bEE 與物體的性質(zhì)、溫度及外表情況有關(guān)，由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。與物體的性質(zhì)、溫度及外表情況有關(guān)，由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。4ob100TC E E 實(shí)踐物體的輻射才干計(jì)算：實(shí)踐物體的輻射才干計(jì)算：可見：同溫度下，物體的可見：同溫度下，物體的A和和在數(shù)值上相等，但意義完全不同。在數(shù)值上相等，但意義完全不同。 ：表示灰體發(fā)射的輻射能占同溫度下黑體發(fā)射的分?jǐn)?shù)；：表示灰體發(fā)射的輻射能占同溫度下黑體發(fā)射的分?jǐn)?shù)；A ：表示外界投入的輻射能可被物體吸收的分

6、數(shù)。：表示外界投入的輻射能可被物體吸收的分?jǐn)?shù)。氣體輻射氣體輻射A 4-6-1 根本概念和定律根本概念和定律一一. 根本概念根本概念1. 熱射線熱射線2. 吸收、反射和透射吸收、反射和透射3. 黑體黑體 鏡體鏡體(白體白體) 透熱體透熱體 灰體灰體二二 根本定律根本定律1. 物體的輻射才干物體的輻射才干E與普朗克定律與普朗克定律2. 斯蒂芬斯蒂芬-波爾茨曼定律波爾茨曼定律 (黑體輻總射才干與絕對(duì)溫度的關(guān)系黑體輻總射才干與絕對(duì)溫度的關(guān)系)3. 克希霍夫定律克?；舴蚨?(恣意物體的輻射才干與它的吸收率之間的關(guān)系恣意物體的輻射才干與它的吸收率之間的關(guān)系)4. 物體的黑度物體的黑度 (反映灰體接近于黑

7、體的程度反映灰體接近于黑體的程度, 可比較灰體間輻射才干可比較灰體間輻射才干的大小的大小.)4-6-2 兩固體間的輻射傳熱兩固體間的輻射傳熱一一. 兩個(gè)較大的平行灰體壁面兩個(gè)較大的平行灰體壁面(間距很小間距很小)之間的相互輻射之間的相互輻射T1 T2E1E2(1-A1) E21 2A1E21 2E2E1(1-A2) E1A2E1E1E1E2(1-A1) E2 (1-A2) E1E2A2E1A1E2本身輻射本身輻射有效輻射有效輻射吸入輻射吸入輻射反射輻射反射輻射E1 = E1 + (1-A1) E2 (a)E2 = E2 + (1-A2) E1 (b)輻射傳熱量輻射傳熱量:q 1-2 = E1

8、- E2 (W/m2)E1 = E1 + (1-A1) E2 (a)E2 = E2 + (1-A2) E1 (b)輻射傳熱速率輻射傳熱速率:q 1-2 = E1 - E2 (W/m2)由由(a),(b)兩式可得兩式可得:21212111AAAAE )A-(1 EE 21211222AAAAE )A-(1 EE 212112212-1AAAA AE-AE q 又由又由4ob100TC E E 和和 A=得得: 424121424121o2-1100T100TC100T100T111 C q 4241212-1100T100TSC Q傳熱速率傳熱速率:二二. 兩個(gè)灰體輻射傳熱速率的普通表達(dá)式兩個(gè)灰

9、體輻射傳熱速率的普通表達(dá)式幾何要素幾何要素(稱角系數(shù)稱角系數(shù)): 表示從一個(gè)物體外表表示從一個(gè)物體外表輻射的總能量被另一個(gè)輻射的總能量被另一個(gè)物體外表所截獲的分?jǐn)?shù)物體外表所截獲的分?jǐn)?shù).傳熱速率傳熱速率: 4241212-1100T100TSC Q221112S S 從從 i 物體外表輻射的總能量物體外表輻射的總能量被被 j 物體外表所截獲的分?jǐn)?shù)物體外表所截獲的分?jǐn)?shù).ij 1 n11211 討論討論 :1.角系數(shù)的性質(zhì)角系數(shù)的性質(zhì)相對(duì)性相對(duì)性:完好性：完好性：2. 角系數(shù)的計(jì)算角系數(shù)的計(jì)算4-6-1 根本概念和定律根本概念和定律一一. 根本概念根本概念1. 熱射線熱射線 2. 吸收、反射和透射吸

10、收、反射和透射 3. 黑體黑體, 鏡體鏡體(白體白體), 透熱體透熱體, 灰體灰體二二 根本定律根本定律1. 物體的輻射才干物體的輻射才干E與普朗克定律與普朗克定律2. 斯蒂芬斯蒂芬-波爾茨曼定律波爾茨曼定律 (黑體輻總射才干與絕對(duì)溫度的關(guān)系黑體輻總射才干與絕對(duì)溫度的關(guān)系)3. 克?；舴蚨煽讼；舴蚨?(恣意物體的輻射才干與它的吸收率之間的關(guān)系恣意物體的輻射才干與它的吸收率之間的關(guān)系)4. 物體的黑度物體的黑度 (反映灰體接近于黑體的程度反映灰體接近于黑體的程度, 可比較灰體間輻射才干可比較灰體間輻射才干的大小的大小.)4-6-2 兩固體間的輻射傳熱兩固體間的輻射傳熱一一. 兩個(gè)較大的平行灰

11、體壁面兩個(gè)較大的平行灰體壁面(間距很小間距很小)之間的相互輻射之間的相互輻射 4241212-1100T100TSC Q輻射傳熱量輻射傳熱量:二二. 兩個(gè)灰體輻射傳熱速率的普通表達(dá)式兩個(gè)灰體輻射傳熱速率的普通表達(dá)式輻射傳熱量輻射傳熱量: 4241212-1100T100TSC Q4-6-3 對(duì)流和輻射的結(jié)合傳熱對(duì)流和輻射的結(jié)合傳熱(主要指固體壁面與環(huán)境間主要指固體壁面與環(huán)境間)對(duì)流傳熱速率對(duì)流傳熱速率:)(ttSQwwC 輻射傳熱速率輻射傳熱速率: 4241212-1100T100TSC Q)(ttSwwR tt100T100TC w424121R T 總傳熱速率總傳熱速率:)()()(ttS

12、ttSQQQwwTwwRRC 對(duì)流對(duì)流-輻射的結(jié)合傳熱系數(shù)輻射的結(jié)合傳熱系數(shù)單層平壁單層平壁多層平壁多層平壁多多層層圓圓筒筒壁壁單層圓筒壁單層圓筒壁334brr 334b2dd 44333傳熱速率微分方程傳熱速率微分方程dTCWdtCWdStTKdQphhpcc )(dTCWdtCWdStTKdQphhpcc )( 或或 平均推進(jìn)力法平均推進(jìn)力法 -NTU法法)()(21phh12pccTTCWttCWQ SW)()(21phh12pccTTCWttCWQ 1121htTTT 1112ctTtt PWCKSNTU 間壁換熱器的傳熱過程數(shù)學(xué)描畫間壁換熱器的傳熱過程數(shù)學(xué)描畫1 do do bdo

13、1 = +Ri + +Ro+ K idi di dm onp80iicudd0230 .管程管程流體流體 1.有一套管換熱器長(zhǎng)有一套管換熱器長(zhǎng)10m，管間用飽和蒸氣加熱，空氣在一定，管間用飽和蒸氣加熱，空氣在一定流量下由管內(nèi)流過，溫度可升至某指定溫度?，F(xiàn)將空氣流量添加一流量下由管內(nèi)流過，溫度可升至某指定溫度。現(xiàn)將空氣流量添加一倍，并近似以為加熱面壁溫不變，問套管加熱器需加長(zhǎng)幾米，氣體倍，并近似以為加熱面壁溫不變，問套管加熱器需加長(zhǎng)幾米，氣體溫度可到達(dá)原指定溫度？假定空氣在管內(nèi)流動(dòng)處于湍流形狀，忽略溫度可到達(dá)原指定溫度？假定空氣在管內(nèi)流動(dòng)處于湍流形狀，忽略管壁熱組。管壁熱組。 2.某列管換熱器，

14、用某列管換熱器，用100水蒸氣將物料由水蒸氣將物料由20加熱至加熱至80 ，傳熱系，傳熱系數(shù)數(shù)K=100 W/(m2 . )。經(jīng)半年運(yùn)轉(zhuǎn)后，由于污垢的影響，在一樣條件下。經(jīng)半年運(yùn)轉(zhuǎn)后，由于污垢的影響，在一樣條件下物料出口溫度僅為物料出口溫度僅為70?，F(xiàn)欲使物料出口溫度仍維持在。現(xiàn)欲使物料出口溫度仍維持在80，問加熱蒸，問加熱蒸氣溫度應(yīng)取何值？氣溫度應(yīng)取何值？ 3.冷、熱流體在套管換熱冷、熱流體在套管換熱器中進(jìn)展無相變的逆流傳熱，器中進(jìn)展無相變的逆流傳熱，管內(nèi)、外兩側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)管內(nèi)、外兩側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)的數(shù)量級(jí)相近，問假設(shè)添加的數(shù)量級(jí)相近，問假設(shè)添加加熱流體進(jìn)口溫度加熱流體進(jìn)口溫度T1時(shí)，時(shí)，Q

15、、T2、t2將如何變化？將如何變化？W)()(21phh12pccTTCWttCWQ 1121htTTT 1112ctTtt PWCKSNTU 4.長(zhǎng)度均為長(zhǎng)度均為l的三根不同材質(zhì)粗細(xì)均勻的棒，并聯(lián)傳熱，各棒兩端的的三根不同材質(zhì)粗細(xì)均勻的棒，并聯(lián)傳熱，各棒兩端的溫度均為溫度均為t1、t2 t1 t2 。各棒的截面積分別為。各棒的截面積分別為S1、S2、S 3 ，導(dǎo)熱，導(dǎo)熱系數(shù)為系數(shù)為1、2、3。求：。求：1三棒組成的傳熱系統(tǒng)的總熱組；三棒組成的傳熱系統(tǒng)的總熱組；2 2 S2較較1 S1 、 3 S 3大的很多時(shí)，單位時(shí)間的傳熱量為多少？假大的很多時(shí)，單位時(shí)間的傳熱量為多少？假設(shè)熱量只沿棒的軸向傳送設(shè)熱量只沿棒的軸向傳送 5.在一新的套管式換熱器中，冷卻水在在一新的套管式換熱器中，冷卻水在252.5mm的內(nèi)管中流動(dòng)，以冷凝的內(nèi)管中流動(dòng)，以冷凝環(huán)隙間的某蒸氣。當(dāng)冷卻水流速為環(huán)隙間的某蒸氣。當(dāng)冷卻水流速為0.4m/s和和0.8m/s時(shí)，測(cè)得基于內(nèi)管外外表的總時(shí)，測(cè)得基于內(nèi)管外外表的總傳熱系數(shù)分別為傳熱系數(shù)分別為Ko=1200W/m2.和和Ko=1700W/m2. ，水在管內(nèi)為湍流，管壁，水在管內(nèi)為湍流，管壁得