材料的选择性热辐射机理
热辐射计算公式
传热学课程自学辅导资料 （热动专业） 二○○八年十月
传热学课程自学进度表 教材：《传热学》教材编者：杨世铭陶文铨出版社：高教出版时间：2006 1
注：期中（第10周左右）将前半部分测验作业寄给班主任，期末面授时将后半部分测验作业直接交给任课教师。总成绩中，作业占15分。 2
传热学课程自学指导书 第一章绪论 一、本章的核心、重点及前后联系 （一）本章的核心 1、导热、对流、辐射的基本概念。 2、传热过程传热量的计算。 （二）本章重点 1、导热、对流、辐射的基本概念。 2、传热过程传热量的计算。 （三）本章前后联系 简要介绍了热量传递的三种基本方式和传热过程 二、本章的基本概念、难点及学习方法指导 （一）本章的基本概念 1、热传导 导热（Heat Conduction）：物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称为导热。 特点：从宏观的现象看，是因物体直接接触，能量从高温部分传递到低温部分，中间没有明显的物质迁移。 从微观角度分析物体的导热机理： 气体：气体分子不规则运动时相互碰撞的结果。 导电固体：自由电子不规则运动相互碰撞的结果，自由电子的运动对其导热起主导作用。 非导电固体：通过晶格结构振动所产生的弹性波来实现热量传递，即院子、分子在其平衡位置振动。 液体：第一种观点类似于气体，只是复杂些，因液体分子的间距较近，分子间的作用力对碰撞的影响比气体大；第二种观点类似于非导电固体，主要依靠弹性波（晶格的振动，原子、分子在其平衡位置附近的振动产生的）的作用。 热流量：单位时间传递的热量称为热流量，用Ф表示，单位为W。 3
常用材料热辐射系数
热分析材料导热系数汇总 材料导热系数 Metal Material Conductivity Density W/m-C kg/m 3 Aluminum, 2024, Temper-T3 121 2.80E+03 Aluminum, 2024, Temper-T351 143 2.80E+03 Aluminum, 2024, Temper-T4 121 2.80E+03 Aluminum, 5052, Temper-H32 138 2.68E+03 Aluminum, 5052, Temper-O 144 2.69E+03 Aluminum, 6061, Temper-O 180 2.71E+03 Aluminum, 6061, Temper-T4 154 2.71E+03 Aluminum, 6061, Temper-T6 167 2.71E+03 Aluminum, 7075, Temper-O 130 2.80E+03 Aluminum, 7075, Temper-T6 130 2.80E+03 Aluminum, A356, Temper-T6 128 2.76E+03 Aluminum, Al-Cu, Duralumin, 95%Al-5%Cu 164 2.79E+03 Aluminum, Al-Mg-Si, 97%Al-1%Mg-1%Si-1%Mn 177 2.71E+03 Aluminum, Al-Si, Alusil, 80%Al-20%Si 161 2.63E+03 Aluminum, Al-Si, Silumim, 86.5%Al-1%Cu 137 2.66E+03 Aluminum, Pure 220 2.71E+03 Beryllium, Pure 175 1.85E+03 Brass, Red, 85%Cu-15%Zn 151 8.80E+03 Brass, Yellow, 65%Cu-35%Zn 119 8.80E+03 Copper, Alloy, 11000 388 8.93E+03 Copper, Aluminum bronze, 95%Cu-5%Al 83 8.67E+03 Copper, Brass, 70%Cu-30%Zn 111 8.52E+03 Copper, Bronze, 75%Cu-25%Sn 26 8.67E+03 Copper, Constantan, 60%Cu-40%Ni 22.7 8.92E+03 Copper, Drawn Wire 287 8.80E+03 Copper, German silver, 62%Cu-15%Ni-22%Zn 24.9 8.62E+03 Copper, Pure 386 8.95E+03 Copper, Red brass, 85%Cu-9%Sn-6%Zn 61 8.71E+03
热辐射的基本概念_黑体、白体、镜体、透明体
热辐射的基本概念·黑体、白体、镜体、透明体 凤谷工业炉 吸收率α=1 的物体叫做绝对黑体，简称黑体 ; 反射率ρ=1 的漫反射的物体叫做绝对白体，简称白体；反射率ρ=1 的镜面反射的物体叫做镜体; 透过率τ-1 的物体叫做绝对透明体，简称透明体。这些都是假想的物体。对于红外辐射，绝 大多数固体和液体实际上都是不透明体，但玻璃和石英等对可见光则是透明体。 注意，所谓黑体或白体，是指物体表面能全部吸收或全部反射所投射的辐射能而言，所以黑体并不一定是黑色，白体并不一定是白色。看起来是白色的表面，也可能具有黑体的性质，这是因为 : 大部分热辐射的波长在 0.1~100μ m之间，而可见光辐射能的波长约有 0.38~0.76 μm之间。 这样，如果一个表面除可见光辐射范围外对其余所有的热辐射具有很高的吸收率，则它将几乎吸收全部的投射辐射，而反射的部分只有很小的份额，从这个意 义上说，该表面近似黑体，可是，它所反射的那很小的份额都处在可见光的波长范围内，因而该表面呈现白色。例如，冰雪对人眼来说是白色的，它对可见光 是极好的反射体，但它却能几乎全部吸收红外长波辐射( α=0.96) ，接近于黑体。 对红外辐射的吸收和反射具有重要影响的，不是物体表面的颜色，而是表面的粗糙度。不管什么颜色，平整磨光面的反射率要比粗糙面高很多倍，即其吸收率要比粗糙面小得很多。 气体无反射性，ρ=0；单原子气体，对称性双原子气体等不吸收热辐射线，透过率τ=1，可称为“透明体”，或“透明介质”。空气中有蒸汽、 CO2时，就变成有吸收性的介质。 实际固体的吸收率除了与表面性质有关外，还与投人辐射的波长有关，即物体的 . 单色吸收率αλ、随投射辐射的彼长而变。
EFD仿真材料热辐射系数表
Emissivity Coefficients of some common Materials The radiation heat transfer emissivity coefficient of some common materials as aluminum, brass, glass and many more Sponsored Links The emissivity coefficient - - indicates the radiation of heat from a 'grey body' according the Stefan-Boltzmann Law, compared with the radiation of heat from a ideal 'black body' with the emissivity coefficient = 1. The emissivity coefficient - - for some common materials can be found in the table below. Note that the emissivity coefficients for some products varies with the temperature. As a guideline the emmisivities below are based on temperature 300 K. Surface Material Emissivity Coefficient - - Alloy 24ST Polished 0.9 Alumina, Flame sprayed 0.8 Aluminum Commercial sheet 0.09 Aluminum Foil 0.04 Aluminum Commercial Sheet 0.09 Aluminum Heavily Oxidized 0.2 - 0.31 Aluminum Highly Polished 0.039 - 0.057 Aluminum Anodized 0.77 Aluminum Rough 0.07 Antimony, polished 0.28 - 0.31 Asbestos board and paper 0.94 Asphalt 0.93 Basalt 0.72 Beryllium 0.18 Beryllium, Anodized 0.9 Bismuth, bright 0.34 Black Body Matt 1.00 Black Parson Optical 0.95 Black Silicone Paint 0.93 Resources, Tools and Basic Information for Engineering and Design of Technical Applications! Web The Engineering ToolBox Search
常用材料导热系数-中文
材料的导热系数 日期:2007-2-17 22:28:48 来源:来自网络查看:[大中小] 作者：不详热度： 1889 附录A 材料的导热系数(l) A.0.1 表A.0.1中给出材料的导热系数。 表 A.0.1 常用材料的导热系数
聚硫胶1700 0.40 纯硅胶1200 0.35 聚异丁烯930 0.20 聚脂树脂1400 0.19 硅胶（干燥剂）720 0.13 分子筛650 to 750 0.10 低密度硅胶泡末750 0.12 中密度硅胶泡末820 0.17 附录B 气体热物理性能 B.0.1下列表的线性公式系数，计算填充空气、氩气、氮气、氙气四种气体空腔的导热系数、粘度和常压比热容。传热计算时，假设所充气体是不辐射/吸收的气体。 表B.1气体的导热系数 气体系数a W/(m·k) 系数b W/(m·k2) λ（0℃时） W/(m·k) λ（10℃时） W/(m·k) 空气 2.873×10-3 7.760×10-5 0.0241 0.0249 氩气 2.285×10-3 5.149×10-5 0.0163 0.0168 氪气9.443×10-4 2.826×10-5 0.0087 0.0090 氙气 4.538×10-4 1.723×10-5 0.0052 0.0053 其中：[W/m.K] 表B.2气体的粘度 气体系数a N·S/m2 系数b N·S/(m2·k2) μ（0℃时）μ（10℃时） 空气 3.723×10-6 4.940×10-8 1.722×10-5 1.771×10-5 氩气 3.379×10-6 6.451×10-8 2.100×10-5 2.165×10-5 氪气 2.213×10-6 7.777×10-8 2.346×10-5 2.423×10-5 氙气 1.069×10-6 7.414×10-8 2.132×10-5 2.206×10-5 其中：[kg/m.s]
常用材料的导热系数表
材料的导热率 傅力叶方程式： Q=KA△T/d, R=A△T/Q Q: 热量，W；K: 导热率，W/mk；A：接触面积；d: 热量传递距离；△T：温度差；R: 热阻值 导热率K是材料本身的固有性能参数，用于描述材料的导热能力。这个特性跟材料本身的大小、形状、厚度都是没有关系的，只是跟材料本身的成分有关系。所以同类材料的导热率都是一样的，并不会因为厚度不一样而变化。 将上面两个公式合并，可以得到 K=d/R。因为K值是不变的，可以看得出热阻R值，同材料厚度d是成正比的。也就说材料越厚，热阻越大。 但如果仔细看一些导热材料的资料，会发现很多导热材料的热阻值R，同厚度d并不是完全成正比关系。这是因为导热材料大都不是单一成分组成，相应会有非线性变化。厚度增加，热阻值一定会增大，但不一定是完全成正比的线性关系，可能是更陡的曲线关系。 根据R=A△T/Q这个公式，理论上来讲就能测试并计算出一个材料的热阻值R。但是这个公式只是一个最基本的理想化的公式，他设定的条件是：接触面是完全光滑和平整的，所有热量全部通过热传导的方式经过材料，并达到另一端。
实际这是不可能的条件。所以测试并计算出来的热阻值并不完全是材料本身的热阻值，应该是材料本身的热阻值+所谓接触面热阻值。因为接触面的平整度、光滑或者粗糙、以及安装紧固的压力大小不同，就会产生不同的接触面热阻值，也会得出不同的总热阻值。 所以国际上流行会认可设定一种标准的测试方法和条件，就是在资料上经常会看到的ASTM D5470。这个测试方法会说明进行热阻测试时候，选用多大的接触面积A，多大的热量值Q，以及施加到接触面的压力数值。大家都使用同样的方法来测试不同的材料，而得出的结果，才有相比较的意义。 通过测试得出的热阻R值，并不完全是真实的热阻值。物理科学就是这样，很多参数是无法真正的量化的，只是一个“模糊”的数学概念。通过这样的“模糊”数据，人们可以将一些数据量化，而用于实际应用。此处所说的“模糊” 是数学术语，“模糊”表示最为接近真实的近似。 而同样道理，根据热阻值以及厚度，再计算出来的导热率K值，也并不完全是真正的导热率值。 傅力叶方程式，是一个完全理想化的公式。我们可用来理解导热材料的原理。但实际应用、热阻计算是复杂的数学模型，会有很多的修正公式，来完善所有的环节可能出现的问题。总之： a. 同样的材料，导热率是一个不变的数值，热阻值是会随厚度发生变化的。 b. 同样的材料，厚度越大，可简单理解为热量通过材料传递出去要走的路程越多，所耗的
常见非金属、金属表面不同波段的辐射率
精心整理 第1章非金属的发射率表（n.r.=不推荐） 以下值为近似值，根据材料的实际表面和条件不同可能会有所变化。 材料发射率 1.0μm 5.0μm7.9μm8-14μm 石棉0.9 0.9 0.95 0.95 沥青n.r. 0.9 0.95 0.95 黑陶瓷n.r. 0.7 0.7 0.7 碳 未氧化0.8-0.95 石墨0.8-0.9 碳化硅n.r. 0.9 陶瓷0.4 0.95 黏土n.r. 0.95 混凝土0.65 0.95 布料n.r. 0.95 玻璃 平板n.r. 0.85 玻璃坯n.r. 沙砾0.95 0.95 0.95 石膏0.4-0.97 0.8-0.95 0.8-0.95 冰0.98 0.98 0.4-0.98 0.98 0.98 0.9-0.95 0.9-0.95 纸张n.r. 0.95 0.95 0.95 n.r. 0.95 0.95 0.95 n.r. n.r. 0.9 0.95 0.95 沙子n.r. 0.9 0.9 0.9 雪n.r. 0.9 0.9 泥土n.r. 0.9-0.98 0.9-0.98 水n.r. 0.93 0.93 木头，（天然）n.r. 0.9-0.95 0.9-0.95 0.9-0.95 第2章金属的发射率表 以下值为近似值，根据材料的实际表面和条件不同可能会有所变化。 材料发射率 1.0μm 1.6μm8-14μm
铝 未氧化0.1-0.2 0.02-0.2 n.r. 氧化0.4 0.4 0.2-0.4 铝合金A3003 氧化n.r. 0.4 0.3 毛面0.2-0.8 0.2-0.6 0.1-0.3 光面0.1-0.2 0.02-0.1 n.r. 黄铜 光面0.8-0.95 0.01-0.05 n.r. 砑光面n.r. n.r. 0.3 氧化0.6 0.6 0.5 铬0.4 铜 光面n.r. 毛面n.r. 氧化0.2-0.8 电气接线端子n.r. 金0.3 Haynes 合金0.5-0.9 铬镍铁合金 氧化 喷砂0.3-0.6 0.3-0.6 电抛光面0.25 0.15 铁 0.5-0.9 0.5-0.9 0.1-0.3 n.r. n.r. 0.6-0.9 0.5-0.7 0.35 0.4-0.6 n.r. 0.7-0.9 0.7-0.9 0.6-0.95 未氧化0.35 0.3 0.2 熔融.035 0.3-0.4 0.2-0.3 铁，锻造 钝铁0.9 0.9 0.9 铅 光面0.35 0.05-0.2 n.r. 毛面0.65 0.6 0.4 氧化n.r. 0.3-0.7 0.2-0.6 镁0.3-0.8 0.05-0.3 n.r. 汞n.r. 0.05-0.15 n.r. 钼 氧化0.5-0.9 0.4-0.9 0.2-0.6
补充3-ANSYS热辐射分析
第六章 热辐射分析 6.1热辐射的定义 热辐射是一种通过电磁波传递热能的方式。电磁波以光的速度进行传递，而能量传递与辐射物体之间的介质无关。热辐射只在电磁波的频谱中占小部分的带宽。由于辐射产生的热流与物体表面的绝对温度的四次方成正比，因此热辐射有限元分析是高度非线性的。物体表面的辐射遵循Stefan-Boltzmann定律： 式中：—物体表面的绝对温度； —Stefan-Boltzmann常数，英制为0.119×10-10 BTU/hr-in-R，公制为 5.67×10-8 6.2基本概念 下面是对辐射分析中用到的一些术语的定义： 黑体 黑体被定义为在任意温度下，吸收并发射最大的辐射能的物体； 通常的物体为“灰体”，即ε< 1； 在某些情况下，辐射率（黑度）随温度变化； 辐射率（黑度） 物体表面的辐射率（黑度）定义为物体表面辐射的热量与黑体在同一表面辐射热量之比。 式中：－辐射率（黑度） －物体表面辐射热量 －黑体在同一表面辐射热量 形状系数 形状系数用于计算两个面之间的辐射热交换，在ANSYS中，可以用隐藏/非隐藏的方法计算2维和三维问题，或者用半立方的方法来计算3维问题。 表面I与表面J之间的形状系数为： 形状系数是关于表面面积、面的取向及面间距离的函数； 由于能量守恒，所以：
根据相互原理： 由辐射矩阵计算的形状系数为： 式中：－单元法向与单元I,J连线的角度 －单元I,J重心的距离 有限单元模型的表面被处理为单元面积dA I 及dA J ，然后进行数字积分。 辐射对 在辐射问题中，辐射对由一些相互之间存在辐射的面组成，可以是开放的或是闭合的。在ANSYS中，可以定义多个辐射对，它们相互之间也可以存在辐射ANSYS使用辐射对来计算一个辐射对中各面间的形状系数；每一个开放的辐射对都可以定义自己的环境温度，或是向周围环境辐射的空间节点。 Radiosity 求解器 当所有面上的温度已知时，Radiosity 求解器方法通过计算每一个面上的辐射热流来得到辐射体之间的热交换。而面上的热流为接下来的热传导分析提供了有限元模型的边界条件。重复上面的过程，就会由于新的时间步或者新的迭代循环会得到新的热流边界条件，从而计算出新的温度分布。在计算中使用的每个表面的温度必须是均匀的，这样才能满足辐射模型的条件。 6.3分析热辐射问题 针对不同的情况ANSYS为热辐射分析提供了四种方法。 热辐射线单元（LINK31），模拟两节点间（或多对节点）间辐射； 表面效应单元（SURF151及SURF152），模拟点对面（线）的辐射； 利用AUX12生成辐射矩阵，模拟更一般的面与面（或线与线）的辐射(只有ANSYS/Multiphysics ANSYS/Mechanical和ANSYS/Professional这些产品提供辐射矩阵生成器)； Radiosity求解器方法，求解二维、三维面与面之间的热辐射，该方法对所有含温度自由度的 二维和三维单元都适用。(只有ANSYS/Multiphysics，ANSYS/Mechanical 和ANSYS/Professio- nal这些产品提供Radiosity求解器)
最新热辐射率整理
石墨及其他材料的热辐射率 材料热辐射率 石墨（石油焦基）0.70~0.90 石墨（炭黑基）0.85~0.95 模压石墨0.60~0.80 炭黑0.90~0.99 银0.04 氧化镍0.87 磨光钨0.15 辐射传热： 黑体：能吸收全部热射线的物体（A=1）成为绝对黑体，简称黑体。 谱郎克辐射定律：单位时间内从物体单位表面上向半球空间所辐射出去的总能量称为物体的全 辐射能力，用“E”，单位为W/m2 斯蒂芬-波尔茨曼定律（四次方定律） Eo=CO(T/100)4 CO—黑体的辐射系数，数值为 5.67[W/（m2.K4）] 在实际工程中，将辐射能力小于黑体的物体称为灰体。实际物体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能力的比值称为该物体的黑度。 ε＝E/EO E=εEO=εCO（T/100）4=C（T/100）4 式中ε—回体的黑度，ε＝0–1 C—灰体的辐射系数，[W/m2.K4.℃]C=εCO
常用工程材料的黑度ε 材料名称温度 （℃） ε值材料名称温度（℃）ε值 精密磨光的纯铜80–1150.018-0.023高铝砖、镁 砖 ——0.8 无光泽的黄铜23-3500.22炭化硅板1300-14000.9-0.94磨光的钢件770-10400.52-0.56硅藻土粉-0.25 新轧制的钢200.24水泥板10000.63 钢板表层氧化200.82水泥-0.54 表面氧化钢件940-11000.80水（＞ 0.1mm） 0-1000.95-0.96氧化后的铁125-5250.78-0.82石膏200.8-0.9铸铁500-12000.85-0.95石棉水泥 板 200.96 玻璃22-900.94石棉粉-0.4-0.6红砖200.93煤100-1600.81-0.79耐火黏土砖200.85雪00.8 耐火黏土砖10000.75木材200.8-0.92耐火的砖体12000.59硬橡皮200.95 抹灰的砖体200.94
第7章-热辐射的基本定律
第七章热辐射的基本定律 在工程技术中，在日常生活中，辐射换热现象是屡见不鲜的。太阳对大地的照射是最常见的辐射现象。高炉中灼热的火焰会烘烤得人们难以忍受‘太阳对人造卫星的辐射，会使卫星的朝阳面的温度明显地高于卫星背阳面的温度；高温发动机部件与飞机机体之间的辐射换热严重地影响着飞机的结构与强度设计，等等。特别是近年来，人类对太阳能的利用，都大大地促进了人们对辐射换热的研究。 本章首先介绍辐射的基本特性和基本规律；然后重点讨论物体之间的辐射换热规律；最后对气体辐射换热的特点作扼要的介绍。 第一节基本概念 1－1 热辐射的本质和特征 由于不同的原因，物体能够向其所在的空间发射各种不同波长的电磁波；不同波长的电磁波具有不同的效应，人们可以利用不同波长的电磁波效应达到一定的目的。比如，人们可以利用无线电波传送信息，利用x射线穿透物质的能力进行零件探伤，利用热射线传递热能，等等。人们根据电磁波不同效应把电磁波分成若干波段。波长λ＝0.38一0.76μm的电磁波段称为可见光波段λ＝0.76—1000 μm的电磁波段称为红外波段(一般将红外波段范围又分为近红外波段和远红外波段，近红外波段为λ＝0.7—25μm，远红外波段为λ＝25—1000μm)；波长大于1000μm的电磁波段称为无线电波段(根据其波长的不同又可分为雷达、视频和广播三个波段)；波长小于0.4μm的电磁波依次分为紫外线、x射线和Y射线等。可见光和红外线以及紫外线的一部分被物体吸收后产生热效应，即波长λ＝0.1—1000 μm范围内的电磁技能被物体吸收变为热能，因此，这一波长范围的电磁波称为热射线。因为在一般常见的工业温度条件下，其辐射波长均在这一范围，所以本课程所感兴趣的将是热射线，下面将专门讨论这一波长范围内电磁波的发射、传播和吸收的规律。 一、热辐射的本质和特点 1、发射辐射能是各类物质的固有特性。当原子内部的电子受温和振动时，产生交替变化的电场和磁场，发出电磁波向空间传播，这就是辐射。由于自身温度或热运动的原因面激发产生的电磁波传播，就称热辐射。显然，热辐射是电磁波，电磁波的波长范围可从几万分之一微米到数千米，它们的名称和分类如图所示。通常把λ＝0.1—100μm范围的电磁波称热射线，其中包括可见光线、部分紫外线和红外线具有波动和量子特性。 2、特点 热辐射的本质决定了热辐射过程有如下三个特点：
太阳能辐射计算公式
一、中国太阳能直接辐射的计算方法 ()1bS a Q S +='（1） () 211111S c S b a Q S ++='（2）⊙ ()n c S b a Q S 2122++='（3） S ′为直接辐射平均月（年）总量；Q 为计算直接辐射的起始数据，可采用天文总辐射S 0，理想大气总辐射，Q i ,晴天总辐射Q 0来表示。a ，b ，a 1，b 1，c 1，a 2，b 2，c 2为系数。n 为云量。S 1为日照百分率。 相关系数的计算公式： ()() ()() ()()∑∑∑∑∑∑∑∑∑=========?? ? ??-?? ? ??--= ----= n i n i i i n i n i i i n i n i n i i i i i n i i i n i i i y y n x x n y x y x n y y x x y y x x r 12 12 12 121 1 1 1 2 21 考虑到大气透明度，则有 ()()n c S b a P P P Q n c S b a P P P Q S i m i 2122cos cos sin sin 1 2122++=++='+海 年海 年δ ?δ?（4） 其中m 为大气质量： δ ?δ?cos cos sin sin 1 sinh 1+== Θm 其中，φ为测站的纬度；δ为赤纬角，取每月15日的赤纬值作为月平均值；时角ω统一取中午12时，则ω=0，cosω=1；年P 为测站的年平均气压，P 海为海平面气压，P 海=1013.25mp ，海年P P 为对大气质量进行的高度订正。 对于a 2的计算： 当测站的海拔H≥3000m 时，a 2=0.456； 当H≤3000m 是，若年平均绝对湿度E ≤10.0mb ，则 F a ?-=00284.0688.02 否则F a ?-=01826.07023.02，其中F 为测站沙尘暴日数与浮尘日数之和。 对于（4）式中，系数之间的关系式为 { 011.1039.02222=+-=+b a c a
人体辐射换热的计算.
人 体 辐 射 换 热 的 计 算 方 法 The Calculation Method Of Radiative Heat Loss From Human Body 同济大学楼宇设备工程与管理系 叶海 摘要：本文简要介绍了两种情况下人体辐射换热的计算方法，即人体与室内整体环境间的辐射换热、人体与单一壁面间的辐射换热。作者力求避免繁复的理论推导，而仅仅就研究结果，研究方法作了归纳与总结，列出了一些计算参数的取值范围，可供工程技术人员在计算时参考。 在热舒适的研究中，我们经常要计算人体与室内环境间的热交换，进而对人体的热感觉进行预测。人体与环境之间主要通过对流和辐射方式换热，导热基本上可以忽略不计。在普通的室内气候条件下，人体外表温度高于环境平均辐射温度，而室内风速一般较小，因此辐射散热量可占总散热量的50%左右，对流散热为30%左右，其余为蒸发散热。 一、人体与室内环境间的辐射换热 人体与室内环境间的辐射换热量Q R 可按空腔与内包壁面间的换热计算，即 W )11(1 )(44-+-=S S eff p mrt surf eff R A A T T A Q εεσ (1) 式中，eff A ——人体的有效辐射面积，m 2； 428K W/m 1067.5??=-σ，黑体的辐射常数。 surf T ——人体外表的平均温度，K ； mrt T ——环境的平均辐射温度，K ； P ε ——人体外表的平均发射率，无因次； S A ——包围人体的室内总面积，m 2； S ε ——环境的平均发射率，无因次； 式(1)中，由于人体面积远小于环境面积，且一般室内材料的发射率接近于1，故分母的第二项可略去不计。在热舒适研究中，对人体的产热（即代谢率）和散热计算一般取单位皮肤面积，于是得到 244W/m )(mrt surf eff cl P r T T f f Q -=σε (2) 式中，cl f ——称为服装面积系数，无因次；后面将作进一步介绍。 eff f ——人体的有效辐射面积系数，无因次；后面将作进一步介绍。 式(2)虽然给出了人体辐射换热计算的具体形式，但令人遗憾的是，式中右边的各项大多难以从理论上确定，一般依赖于经验公式来解决。两个系数的意义在于，着装增大了人体的外表面积，而人体的外表之间存在着相互辐射。至于平均辐射温度，它是假想室内环境在均一的温度下与人体进行换热。以下将对其中各项进行详细讨论。 1-1 人体外表的平均发射率 发射率有时也称为黑度、黑率或辐射系数，它表明物体表面与黑体相比辐射能量的效率。根据基尔霍夫定律，“漫-灰表面”在温度平衡时，可以认为发射率与吸收率相等，但在工程计
常见非金属、金属表面辐射率
常见非金属表面辐射率 材料辐射率值可棉0.95 沥青0.95 玄武岩0.70 砖红色的0.93 金钢砂陶瓷0.90 0.95 粘土0.95 混凝土0.95 布0.95 玻璃0.85 石子0.95 石膏0.80-0.95冰0.95 油漆无色透明0.92 暗黑色0.97 橡胶石灰0.95 0.98 涂料无碱性0.90-0.95 纸任何颜色0.95 塑料不透明0.95 雪0.90 土壤干0.92 泥0.95 水沙(粗矿石)0.93 0.90 木料自然的0.90-0.95 常见金属表面辐射率 材料辐射率值 铝非氧化0.02-0.10 氧化0.20-0.40 氧化铝氧化0.30 粗糙的0.10-0.30抛光的0.02-0.10 黄铜抛光的0.01-0.05 磨亮的0.30 氧化的0.50 铬0.02-0.20 铜抛光的0.03 磨亮的0.05-0.10氧化的0.40-0.80 金0.01-0.10
镍铬铁合金氧化的0.70-0.95 磨沙的0.30-0.60电解抛光0.15 铗氧化的0.50-0.90 非氧化的0.05-0.20生锈的0.50-0.70 铸铁氧化的0.60-0.95 非氧化的0.20 熔化的0.20-0.30 锻铗无光泽的0.90 铅抛光的0.05-0.10 粗糙的0.40 氧化的0.20-0.60 镁0.02-0.10汞0.05-0.15 钼氧化的0.20-0.60 非氧化的0.10 镍铜合金0.10-0.14 镍氧化的0.20-0.50 电解质的0.05-0.15 铂黑0.90 银0.02 锡非氧化的0.05 钨抛光的0.03-0.10 钢冷轧钢0.70-0.90 毛板0.40-0.60抛光板0.10 氧化的0.70-0.90不锈钢0.10-0.80 钛抛光的0.05-0.20 氧化的0.50-0.60 锌氧化的0.10 抛光的0.02
太阳能辐射计算公式
一、中国太阳能直接辐射的计算方法 （1） （2）⊙ （3） S′为直接辐射平均月（年）总量；Q为计算直接辐射的起始数据，可采用天文总辐射S0，理想大气总辐射，Qi,晴天总辐射Q0来表示。a，b，a1，b1，c1，a2，b2，c2为系数。n为云量。S1为日照百分率。 相关系数的计算公式： 考虑到大气透明度，则有 （4） 其中m为大气质量： 其中，φ为测站的纬度；δ为赤纬角，取每月15日的赤纬值作为月平均值；时角ω统一取中午12时，则ω=0，cosω=1；为测站的年平均气压，P海为海平面气压，P海=1013.25mp，为对大气质量进行的高度订正。 对于a2的计算： 当测站的海拔H≥3000m时，a2=0.456； 当H≤3000m是，若年平均绝对湿度E≤10.0mb，则 否则，其中F为测站沙尘暴日数与浮尘日数之和。 对于（4）式中，系数之间的关系式为 二、中国太阳能散射辐射的算法 其中∑D为散射辐射月（年）总辐射量，Q为计算散射辐射的起始数据，可采用天文总辐射S0，理想大气总辐射Qi,晴天总辐射Q0来表示；f(S1，n......）为天空遮蔽度函数。 D=Qi(a1+b1nt); D=Qi(a2+b2nl); D=Qi(a3+b3S1); D=Qi(a4+b4nmh) D=Qi(a5+b5nmh+c5nl) D=Qi(a6+b6nmh+c6S1) D=Qi(a7+b7P+c7nl) D=Qi(a8+b8P+c8S1) 以上8式为计算太阳能散射可筛选公式，其中D为欲计算的散射辐射量的月总量，Qi,为理想大气中的月总辐射量，nt ，nl ，nmh分别为月平均总云量、低云量和中高云量。S1为日
ANSYS热辐射
第六章热辐射分析 6.1热辐射的定义 热辐射是一种通过电磁波传递热能的方式。电磁波以光的速度进行传递，而能量传递与辐射物体之间的介质无关。热辐射只在电磁波的频谱中占小部分的带宽。由于辐射产生的热流与物体表面的绝对温度的四次方成正比，因此热辐射有限元分析是高度非线性的。物体表面的辐射遵循Stefan-Boltzmann定律： 式中：—物体表面的绝对温度； —Stefan-Boltzmann常数，英制为0.119×10-10 BTU/hr-in-R，公制为5.67×10-8 6.2基本概念 下面是对辐射分析中用到的一些术语的定义： 黑体 黑体被定义为在任意温度下，吸收并发射最大的辐射能的物体； 通常的物体为―灰体‖，即ε< 1； 在某些情况下，辐射率（黑度）随温度变化； 辐射率（黑度） 物体表面的辐射率（黑度）定义为物体表面辐射的热量与黑体在同一表面辐射热量之比。 式中：－辐射率（黑度） －物体表面辐射热量 －黑体在同一表面辐射热量 形状系数 形状系数用于计算两个面之间的辐射热交换，在ANSYS中，可以用隐藏/非隐藏的方法计算2维和三维问题，或者用半立方的方法来计算3维问题。 表面I与表面J之间的形状系数为： 形状系数是关于表面面积、面的取向及面间距离的函数； 由于能量守恒，所以： 根据相互原理： 由辐射矩阵计算的形状系数为：
式中：－单元法向与单元I,J连线的角度 －单元I,J重心的距离 有限单元模型的表面被处理为单元面积dA I及dA J，然后进行数字积分。 辐射对 在辐射问题中，辐射对由一些相互之间存在辐射的面组成，可以是开放的或是闭合的。在ANSYS中，可以定义多个辐射对，它们相互之间也可以存在辐射ANSYS使用辐射对来计算一个辐射对中各面间的形状系数；每一个开放的辐射对都可以定义自己的环境温度，或是向周围环境辐射的空间节点。 Radiosity 求解器 当所有面上的温度已知时，Radiosity 求解器方法通过计算每一个面上的辐射热流来得到辐射体之间的热交换。而面上的热流为接下来的热传导分析提供了有限元模型的边界条件。重复上面的过程，就会由于新的时间步或者新的迭代循环会得到新的热流边界条件，从而计算出新的温度分布。在计算中使用的每个表面的温度必须是均匀的，这样才能满足辐射模型的条件。 6.3分析热辐射问题 针对不同的情况ANSYS为热辐射分析提供了四种方法。 热辐射线单元（LINK31），模拟两节点间（或多对节点）间辐射； 表面效应单元（SURF151及SURF152），模拟点对面（线）的辐射； 利用AUX12生成辐射矩阵，模拟更一般的面与面（或线与线）的辐射(只有ANSYS/Multiphysics ANSYS/Mechanical和ANSYS/Professional这些产品提供辐射矩阵生成器)； Radiosity求解器方法，求解二维、三维面与面之间的热辐射，该方法对所有含温度自由度的二维和三维单元都适用。(只有ANSYS/Multiphysics， ANSYS/Mechanical和ANSYS/Professional这些产品提供Radiosity求解器) 可以将上面四种辐射方法中的任何一种用于稳态或瞬态热分析中。辐射是一种非线性现象，因此需要进行平衡迭代来得到收敛解。 6.4节点间的热辐射 非线性线单元LINK31用于计算两节点间或多对节点间的简单辐射热传递，节点的位置是任意的，可作为其它单元的节点。LINK31需要定义如下数据：材料属性：EMIS辐射率（可以随温度变化） 实常数：AREA（Ai）（有效辐射面积） FORMF（Fij）（形状系数） SBCONST（Stefan-Boltzman常数） 有关LINK31的使用实例，请参考《ANSYS 校验手册》： VM106Radiant energy emission VM107Thermocouple radiation
常用材料的热物性参数
表1 各种金属的热物性值 温度 C 比热 cal/(g·C) 导热系数 cal/(cm·s· C) 密度(g/cm3)液相线、固相线温度 (C) =7.88(20C) =7.3(1500C) =7.0(1600C) =7.86(15C) =7.86(15C) =7.85(15C) =7.85(15C) =7.83(15C)
续表1 各种金属的热物性值 温度 C 比热 cal/(g·C) 导热系数 cal/(cm·s· C) 密度(g/cm3)液相线、固相线温度 (C) =7.73(15C) Ts=1488 T L=1497 =7.84(15C) T S=1420 T L=1520 =7.7(15C) 13.1Cr,0.5Ni T S=1399 T L=1454 =7.0(15C) 比热相对于 普通铸铁
=7.1(15C) 温度 C 比热 cal/(g·C) 导热系数 cal/(cm·s· C) 密度(g/cm3)液相线、固相线温度 (C) =7.5~7.8(15C) =8.92 T S=T L=1083
s=2.70(15C) T S=T M=660.2 温度 C 比热 cal/(g·C) 导热系数 cal/(cm·s· C) 密度(g/cm3)液相线、固相线温度 (C) s=1.74 T L=T S=651 s=6.09 T S=1395 T L=1427
表2 铸型的热物性计算公式
硅砂，干型，呋喃铸型600C以下 0.385<<0.494 0.0058 第八章热辐射的基本定理 本章从分析热辐射的本质和特点开始，结合表面的辐射性质引出有关热辐射的一系列术语和概念，然后针对辐射规律提出了热辐射的基本定律。学习的基本要求是：理解热辐射本质和特点。有关黑体、灰体、漫射体，发射率（黑率）、吸收率的概念。理解和熟悉热辐射的基本定律，重点是斯蒂芬—玻尔兹曼定律和基尔霍夫定律。了解影响实际物体表面辐射特性的因素。主要内容有： 一、作为表面的热辐射性质，主要有：对外来投射辐射所表现的吸收率、反射率、透射率和自由温度所表现出的发射率。对实际表面，这些性质既有方向性又具有光谱性，即它们既和辐射的方向有关，又和辐射的波长有关。所以实际表面的辐射性质是十分复杂的。工程上为简化计算而提出了“漫”“灰”模型：前者指各向同性的表面，即辐射与反辐射性质与方向无关；后者指表面的辐射光谱与同温度黑体的辐射光谱相似，或表面的单色吸收率不随波长而变化是一个常数。如某表面的辐射特性，除了与方向无关外，还与波长无关，则称为“漫—灰”表面，本教材主要针对这类表面作分析计算。 二、有关黑体的概念。黑体既是一个理想的吸收体又是理想的发射体，在热辐射中可把它作为标准物体以衡量实际物体的吸收率和发射率。基于黑体是理想吸收体，如把他置于温度为T的黑空腔中，利用热平衡的原理可推论出黑体尚具有如下特性： 1、在同温度条件下，黑体具有最大的辐射力Eb，既（T）> （T）。 2、黑体的辐射力是温度的单调递增函数。 3、黑体辐射各向同性，即黑体具有漫射性质，辐射强度与方向无关，≠。 三、发射率 发射率 单色发射率 与的关系 对灰表面≠，可有= 。 四、辐射力E和辐射强度I均表示物体表面辐射本领。只要表面温度T>0 K，就会有辐射能量。前者是每单位表面积朝半球方向（0 K环境）在单位时间内所发射全波长的能量，而后者是某方向上每单位投影面积在单位时间、单位立体角内所发射的全波长能量。它们之间的关系是，对黑体。 如果是单色辐射能量，相对有单色辐射力和单色辐射强度，并有，对黑体。 五、热辐射的基本定律有： 1、普朗克定律： 2、斯蒂芬—玻尔兹曼定律： W/（m2·K4） 对灰表面 3、兰贝特定律： 或 对漫表面才有此关系。 4、基尔霍夫定律： 在热平衡条件下得出 温度不平衡条件下几种不同层次： （1）、无条件成立； （2）、漫表面成立； 辐射、热辐射和辐射波谱 无锡凤谷工业炉 （1）辐射、热辐射和辐射波谙 辐射是物质固有的属性。热辐射则是许多辐射现象中的一种。 辐射具有横波(电磁波)和粒子(光子)的二象性。物体的原子内部电子的振动或激发，会产生交替变化的电磁场，实现电磁波的发射和传播，或者说，会释放光子，光子以射线方式传播，直到被所遇到的其他原子吸收为止。 辐射的过程就是物体的内能转变为辐射能，以发射电磁波、或者说，以发射光子的形式对外放射，当辐射能落在另一些物体上而被吸收时，可以转化为该物体的内能增量而产生热效应、化学效应、或光电效应等。各种不同效应的产生取决于投射的电磁波的波长和受投射物体的性质。 2)热辐射及其波长 任何温度大于绝对零度的物体.都会将它的热能不断地转换为辐射能向外发射，这种由于温度的原因而发生的电磁波(光子)辐射称为热辐射。从理论上说，物体热辐射的电磁波波长可以包括电磁波的整个波谱范围，即波长从零到无穷大。然而在工业上所遇到的温度范围 内(T≤1400K)，有实际意义的热辐射波长位于波谱的0.38~1000μm之间，即在可见光与红外线范围，见表3-1。而且，热辐射的大部分能量位于0.76~20μm范围内，故红外线有时俗称热射线当热辐射线投射到受射物体而被其吸收时，就产生了加热效应。显然，当热辐射的波长大于0.76脚时，人们的眼睛将看不见它们。 3)辐射波的速率和光子的能量 各种电磁辐射波，包括热辐射线都以光速在空间进行传播。电磁波的速率等于辐射波长同其频率的乘积。 由此可见，不同的电磁波可由波长或频率来确定其性质。当辐射线从一种介质进人另一种介质而出现折射的情况下，其频率不变，而速率及波长将发生变化。 电磁波或者光子所携带的能量，即辐射能。1900年普朗克(planck)把辐射的关于波和粒子的二象性联系了起来，创立了量子学说，把光子看作一种具有能量和质量的粒子，提出了一个光子的能量为： 由此可见，光子的能量随其频率而不同。 照射量（X）：是指X射线或γ射线的光子在单位质量空气中释放出来的全部电子完全被空气阻止时，在空气中产生同一种符号离子的总电荷的绝对值。照射量只用于X射线或γ射线在空气中的辐射场的量度，不能用于其他类型辐射和其他物质。照射量的SI单位是库仑每千克（C·kg-1）。 吸收剂量（D）：指电离辐射与物质相互作用时，单位质量的物质中吸收电离辐射能量多少的一个辐射量。吸收剂量的SI单位是焦耳每千克（J·kg-1），称为戈瑞（Gy）。1戈瑞（Gy）的吸收剂量等于1千克受照射物质吸收1焦耳的辐射能量。1 Gy＝103mGy=106μGy。 剂量当量（H）：相同的吸收剂量（D）未必产生同样程度的生物效应，因为生物效应受到辐射类型、剂量与剂量率大小、照射条件、生物种类和个体生理差异等因素的影响。为了比较不同类型辐射引起的有害效应，在辐射防护中引进了一些系数，当吸收剂量乘上这些修正系数后，就可以用同一尺度来比较不同类型辐射照射所造成的生物效应的严重程度或产生机率，这种修正后的吸收剂量就称为剂量当量。剂量当量的SI单位是焦耳每千克（J·kg-1），称为希沃特（Sievert），符号为Sv。 剂量当量率：是指单位时间内剂量当量。它的SI单位是焦耳每千克每秒（J·kg-1·s-1），称为希沃特每秒（Sv·s-1）。 当量剂量（HT，R）：当量剂量等于辐射在某一组织或器官中产生的平均吸收剂量，经辐射权重因数加权处理的吸收剂量。当量剂量的SI单位是焦耳每千克（J·kg-1），称为希沃特（Sievert），符号为Sv。 有效剂量（E）：人体各组织或器官的当量剂量乘以相应的组织权重因数后的和。有效剂量的SI单位是焦耳每千克（J·kg-1），称为希沃特（Sievert），符号为Sv。 放射性活度（A）：是单位时间内该放射性核素发生自发衰变的次数。是度量放射性物质在单位时间内原子核衰变数的物理量，放射性物质在单位时间内发生核衰变数目越多，这种放射性物质的放射性强度就越强。活度的单位是秒的倒数（s-1），称为贝可勒尔（Becquere），简称贝可（Bq），1 Bq表示放射性核素在1秒钟内发生1次核衰变。热辐射的基本定理
热辐射的基本概念·辐射、热辐射和辐射波谱
常用辐射量和单位