4 辐射传热
传热学中的辐射传热现象
传热学中的辐射传热现象传热学是研究物体之间热量传递的学科，是工程学和物理学中的一个重要分支。
其中辐射传热是传热学中的一个重要现象。
本文将探讨辐射传热的基本原理和应用。
一、辐射传热的基本原理辐射是物体通过电磁波传递能量的过程。
所有物体在温度不为零时，都会通过辐射释放能量。
根据斯特凡-玻尔兹曼定律，辐射强度与物体的温度的四次方成正比关系。
这意味着物体的温度越高，辐射强度越大。
辐射传热主要通过三种方式发生：辐射、对流和传导。
辐射传热是一种特殊的传热方式，与对流和传导相比，它不需要介质参与传递热量。
这也是辐射传热的一个重要特点。
二、辐射传热的特点辐射传热有很多特点，其中一些是：1. 不需要介质媒介：辐射传热不需要介质媒介，可以在真空中传递热量。
这使得辐射传热在太空中的热传递中起到重要作用。
2. 速度快：相比对流传热和传导传热，辐射传热速度更快。
这是因为辐射传热无需经过物质传递，直接通过电磁波传递能量。
3. 能量传递效率高：辐射传热的能量传递效率较高。
辐射传热可以将能量通过电磁波传递，而电磁波是以光速传播的，能量损失相对较少。
4. 不受介质性质影响：辐射传热不受介质性质的影响。
无论介质是气体、液体还是固体，辐射传热的机理都相同。
三、辐射传热的应用辐射传热在日常生活和工业过程中有很多应用。
以下是几个常见的应用实例：1. 传热系统中的加热：在许多传热系统中，辐射传热被用于加热。
例如，在炉内加热金属材料时，辐射传热是主要的能量传递方式。
2. 太阳能利用：太阳能是一种充分利用辐射传热的可再生能源。
太阳能热水器和太阳能发电系统都利用了太阳辐射的热能。
3. 热辐射传感器：热辐射传感器是一种利用辐射传热原理测量温度的仪器。
它可以通过测量物体的辐射强度来估计其温度。
四、辐射传热的研究与发展随着科学技术的进步，辐射传热在研究和应用中得到了广泛的关注。
研究者不断深入研究辐射传热的机理和特性，以改进传热系统的效率和性能。
同时，辐射传热的计算模型也在不断发展，以更好地预测辐射传热过程。
辐射传热公式
辐射传热公式
辐射传热公式可以使用斯特藩-玻尔兹曼定律来表示。
根据该定律，辐射传热的速率与物体的表面积、物体的发射率以及物体的温度的四次方成正比。
辐射传热公式可表示如下：
Q = εσA(T^4)
其中，Q是辐射传热速率（单位为瓦特或焦耳/秒），ε是物体的发射率（无单位，范围在0到1之间），σ是斯特藩-玻尔兹曼常数（约为5.67 × 10^(-8) W/(m^2·K^4)），A是物体的表面积（单位为平方米），T是物体的温度（单位为开尔文）。
这个公式描述了物体通过辐射传递热量的速率，较高温度的物体会辐射更多的热量。
发射率ε表示了物体有多大比例的辐射能量被传递出去，发射率为1表示物体是完全黑体辐射体，所有的辐射能量都被传递出去。
辐射传热公式可以用于计算太阳辐射、热电厂、电炉等各种热传递问题。
传热学复习题及其部分答案
零、基本概念1．热流量：单位时间内所传递的热量2．热流密度：单位传热面上的热流量3．导热：当物体内有温度差或两个不同温度的物体接触时，在物体各部分之间不发生相对位移的情况下，物质微粒(分子、原子或自由电子)的热运动传递了热量，这种现象被称为热传导，简称导热。
4．对流传热：流体流过固体壁时的热传递过程，就是热对流和导热联合用的热量传递过程，称为外表对流传热，简称对流传热。
5．辐射传热：物体不断向周围空间发出热辐射能，并被周围物体吸收。
同时，物体也不断接收周围物体辐射给它的热能。
这样，物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递，称为外表辐射传热，简称辐射传热。
6．总传热过程：热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，称为总传热过程，简称传热过程。
7．对流传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的对流传热量，单位为W ／(m2·K)。
对流传热系数表示对流传热能力的大小。
8．辐射传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的辐射传热量，单位为W ／(m2·K)。
辐射传热系数表示辐射传热能力的大小。
9．复合传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的复合传热量，单位为W ／(m2·K)。
复合传热系数表示复合传热能力的大小。
10．总传热系数：总传热过程中热量传递能力的大小。
数值上表示传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间内的传热量。
11．温度场：某一瞬间物体内各点温度分布的总称。
一般来说，它是空间坐标和时间坐标的函数。
12．等温面(线)：由物体内温度相同的点所连成的面〔或线〕。
13．温度梯度：在等温面法线方向上最大温度变化率。
14．热导率：物性参数，热流密度矢量与温度降度的比值，数值上等于1 K／m的温度梯度作用下产生的热流密度。
热导率是材料固有的热物理性质，表示物质导热能力的大小。
传热学——精选推荐
名词解释1、传热学是研究由温差引起的热能传递规律的科学。
2、导热：物体各部分之间不发生相对位移，依靠分子、原子等微观粒子的热运动而产生的热能传递称为热传导，简称导热。
3、热对流：由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移，冷、热流体相互掺混所导致的热能传递过程。
4、对流传热：流体流过一个物体表面时流体与物体表面间的热量传递过程，称为对流传热。
5、热辐射：因为热的原因发出辐射能的现象称为热辐射。
6、辐射传热：辐射和吸收的综合结果造就了以辐射方式进行的物体间的热量传递过程，称为辐射传热。
7、接触热阻：两个名义上相互接触的固体表面间，存在着有充满空气的间隙，热量以导热方式穿过气隙层，由此增加了附加的传递阻力，称为接触热阻。
8、热边界层：在壁面附近的一个薄层内，流体温度在壁面的法线方向上发生剧烈变化，而在此薄层之外，流体的温度梯度几乎为零，固体表面附近流体温度发生剧烈变化的这一薄层称为温度边界层或热边界层。
9、辐射热阻：分为表面热阻与空间热阻。
由辐射表面特性引起的热阻称为辐射表面热阻，由辐射表面形状和空间位置引起的热阻称为辐射空间热阻，10、定向辐射强度：从黑体单位可见面积发射出去的落到空间任意方向的单位立体角中的能量。
11、定解条件：使微分方程获得适合某一特定问题的解的附加条件，称为定解条件。
包括初始条件和边界条件.12、特征长度：包括在相似准则数中的几何长度称为特征长度，通常取所研究问题中具有代表性的尺度作为特征长度。
定性温度：用以确定特征数中流体物性的温度，称为定性温度。
13、灰体：把光谱吸收比与波长无关的物体称为灰体。
即灰体的吸收比：黑体：吸收比的物体叫做黑体。
14、角系数：表面1发出的辐射能中落到表面2的百分数，称为表面1对表面2的角系数。
15、膜状凝结：如果凝结液体能很好的润湿壁面，它就在壁面上铺展成膜。
这种凝结形式称为膜状凝结。
16、节点：以网格线的交点作为需要确定温度值的空间位置，称为节点。
《传热学》试题库
《传热学》试题库第一章概论一、名词解释1．热流量：单位时间内所传递的热量2．热流密度：单位传热面上的热流量3．导热：当物体内有温度差或两个不同温度的物体接触时，在物体各部分之间不发生相对位移的情况下，物质微粒(分子、原子或自由电子)的热运动传递了热量，这种现象被称为热传导，简称导热。
4．对流传热：流体流过固体壁时的热传递过程，就是热对流和导热联合用的热量传递过程，称为表面对流传热，简称对流传热。
5．辐射传热：物体不断向周围空间发出热辐射能，并被周围物体吸收。
同时，物体也不断接收周围物体辐射给它的热能。
这样，物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递，称为表面辐射传热，简称辐射传热。
6．总传热过程：热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，称为总传热过程，简称传热过程。
7．对流传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的对流传热量，单位为W／(m2·K)。
对流传热系数表示对流传热能力的大小。
8．辐射传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的辐射传热量，单位为W／(m2·K)。
辐射传热系数表示辐射传热能力的大小。
9．复合传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的复合传热量，单位为W／(m2·K)。
复合传热系数表示复合传热能力的大小。
10．总传热系数：总传热过程中热量传递能力的大小。
数值上表示传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间内的传热量。
二、填空题1．热量传递的三种基本方式为、、。
（热传导、热对流、热辐射）2．热流量是指，单位是。
热流密度是指，单位是。
（单位时间内所传递的热量，W，单位传热面上的热流量，W/m2）3．总传热过程是指，它的强烈程度用来衡量。
(热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，总传热系数) 4．总传热系数是指，单位是。
（传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间内的传热量，W／(m2·K)）5．导热系数的单位是；对流传热系数的单位是；传热系数的单位是。
热辐射传热
热辐射传热
热辐射传热是指通过电磁波辐射进行能量传递的一种热传导方式。
热辐射是由物体内部的热能以电磁波的形式传播到周围环境中，其中的能量可以被其他物体吸收或反射。
热辐射传热的特点包括：
1. 不需要介质传导：热辐射传热不依赖于介质，可以在真空中传播。
这使得热辐射传热在宇宙空间等无介质环境中具有重要作用。
2. 传播速度快：热辐射传热的速度等于光速，因此传热迅速，不受物质的热导率和传热面积的影响。
3. 传热方向性强：热辐射传热的能量传递遵循辐射能量传播的物理规律，能够沿着特定方向传递能量，具有辐射强度和辐射方向性。
4. 能量传递与温度差相关：热辐射传热的能量传递与物体的温度差有关，温度差越大，辐射能量传递越大。
热辐射传热在自然界中广泛存在，包括太阳辐射热能、地球的热辐射、人体的红外辐射等。
在工程上，热辐射传热也常常被应用于诸如太阳能热水器、太阳能发电、热辐射加热设备等领域。
传热热负荷的计算公式
传热热负荷的计算公式
传热热负荷是指单位时间内通过物体的热量，通常用单位功
率（W）表示。
计算传热热负荷的公式根据具体情况而定，常
用的计算公式如下：
1.对流传热热负荷计算公式：
传热热负荷=对流换热系数×整体传热面积×温度差
其中，对流换热系数表示物体表面与流体之间的传热能力，
单位为W/(m^2·K)；整体传热面积表示物体的传热面积的总和，单位为m^2；温度差表示物体表面温度和流体温度之间的差值，单位为K。
2.辐射传热热负荷计算公式：
传热热负荷=辐射系数×表面发射率×整体传热面积×(表面温度^4环境温度^4)
其中，辐射系数为StefanBoltzmann常数，值约为
5.67×10^(8)W/(m^2·K^4)；表面发射率表示物体表面的辐
射能力，取值范围为0到1；表面温度为物体表面的温度，单
位为K；环境温度为物体周围环境的温度，单位为K。
3.导热传热热负荷计算公式：
传热热负荷=热传导系数×整体传热面积×温度差/物体厚度
其中，热传导系数表示物体对热传导的能力，单位为
W/(m·K)；整体传热面积表示物体的传热面积的总和，单位为m^2；温度差表示物体的两侧温度差值，单位为K；物体厚度表示传热的距离，单位为m。
需要注意的是，以上计算公式仅适用于特定情况下的传热热负荷计算，具体的计算公式还需要针对具体的应用场景和热传导方式进行选择和修正。
在实际应用中，可以根据具体需求和实际情况选择适合的计算公式进行计算。
传热学知识点
传热学知识点传热学是研究热量传递的学科，对人类生活和工业生产有着重要的影响。
以下是关于传热学的一些知识点：1.热量传递方式：传热学研究的首要内容是热量在不同物质之间的传递方式。
热量传递有三种方式：导热、对流和辐射。
导热是指热量通过固体或液体的直接接触传递。
对流是指热量通过流体的运动传递，可以分为自然对流和强制对流两种。
辐射是指热量通过电磁波传递，无需介质参与。
2.热传导：导热是最常见的传热方式，它是由于不同物质内部的分子间作用力导致的。
导热的速度和物质的热导率有关，热导率是物质表征导热性能的物理量。
3.对流传热：对流是在流体中传递热量的方式。
它是由于流体的运动导致的热量传递。
在自然对流中，热量传递是由于流体受热后的密度变化产生的，而在强制对流中，热量传递是由于外界施加的压力或泵力导致的。
4.辐射传热：辐射是通过电磁波传递热量。
辐射传热不需要介质的参与，可以在真空中进行。
辐射传热的强度与物体的温度和表面性质有关，通常用斯特藩-玻尔兹曼定律来描述。
5.热传导的控制：控制热传导是提高节能和减少能源消耗的关键。
可以通过增加物体之间的接触面积、减少物体之间的间距、增加物质的热导率等方法来提高热传导效率。
6.流体流动换热：对流传热是通过流体的运动来传递热量的，研究流体流动条件下的传热现象是传热学的一个重要方向。
流体流动的方式有层流和湍流，研究边界层和流动分离等现象对于准确预测和控制流体流动换热过程至关重要。
7.换热设备：传热学在工程中的应用主要是研究和设计换热设备，如换热器、冷却塔、锅炉等。
这些设备的设计要考虑热量传递效率、流体流动特性以及材料的选择等因素。
8.相变传热：相变是物质由一种状态向另一种状态转变的过程，如液体变为固体时释放的凝固潜热。
相变传热是一种特殊的传热方式，研究相变传热现象对于设计冷凝器、蒸发器等设备有着重要意义。
9.传热计算和实验：传热学的研究方法包括传热计算和实验。
通过传热方程和边界条件来计算热传导、对流和辐射等传热过程。
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基本概念
➢ 辐射：物体通过电磁波来传递能量的过程。 ➢ 热辐射：物体由于热的原因以电磁波的形式
向外发射能ห้องสมุดไป่ตู้的过程。
特点： 能量传递的同时还伴随着能量形式的转换； 不需要任何介质。
热辐射对物体的作用 总能量Q:被物体吸收QA ；被反射QR ；穿过物体QD
Q
N
QR
能量守恒定律：
Q QA QR QD
其中c1 3.7431016 W m2 c2 1.4387102 m K
一、黑体
Eb
0
E0 d
oT 4
C0
(T 100
)
4
斯蒂芬-波尔茨曼定律
式中 0──黑体辐射常数，= 5.67× 10-8W/(m2 .K4)；
C0──黑体辐射系数，= 5.67W/(m2 .K4)
四次方定律表明，热辐射对温度特别敏感。
式中 QA A ——吸收率；
Q
QA QD
QR R ——反射率；
Q
QD Q
D
——透过率。
ARD 1
A,R,D = f (物体性质、温度、表面、辐射波长）
固体、液体： D=0 R+A=1
气体：
R=0 A+D=1
黑体： A 1
白体（镜体）： R 1
透热体： D 1
灰体：指能以相同的吸收率吸收所有波长 的辐射能的物体。
灰体
黑体
T > Tb A A=1
对灰体: Q E AEb
热交换达到平衡时 T=Tb,Q=0
E E AEb A Eb
任意物体:
E A
Eb
克希霍夫定律
结论：
（1）任何物体的发射能力与吸收率的比值均相同，且 等于同温度下绝对黑体的发射能力。物体的发射能力 越强，其吸收率越大。 （2）A=
即同温度下，物体的吸收率与黑度在数值上相等。
三、影响辐射传热的因素
1. 温度的影响
Ｑ T4 ， 低温时可忽略，高温时可能成为主要方式
2. 几何位置的影响 3. 表面黑度的影响
Ｑ ，可通过改变黑度的大小强化或减小辐射传热。
4. 辐射表面间介质的影响 减小辐射散热，在两换热面加遮热板（黑度较小的热
屏）。
1 2
令：C12
C0 11
1
1
1 1
1
1 2
C1 C2 C0
——总发射系数
Q12
C12
A[( T1 )4 100
( T2 )4 ] 100
两平面的面积有限时：
Q12
12C12
A[( T1 )4 100
( T2 )4 ] 100
式中 A——平面的传热面积；
1-2——角系数(物体1发射辐射能被2拦截分率)。
几种假想物体
假想物体
定义
A R D 较接近的实物
黑体
能全部吸收辐射能 的物体
1
0
0
表面粗糙红砖
白/镜体
能全部反射辐射能 的物体
0
10
表面磨光的铜
透热体
能透过全部辐射能 的物体
0
0
1
单原子/对称双原 子气体
灰体
能以相同的吸收率
且部分地吸收0~∞ 所有波长范围的辐
ɛ
1- ɛ 0
射能的物体
一般固、液体
物体的辐射能力
：表示灰体发射的辐射能占同温度下黑体发射的分数；
A ：表示外界投入的辐射能可被物体吸收的分数。
（３）Ａ＜１，Ｅ＜Ｅ０，即在任何温度下，各种物体
中以绝对黑体的发射能力为最大。
两固体间的相互辐射
两无限大平行灰体壁面间的相互辐射
设 T1 >T2 E1、E2——1、2面在温度T1 、T2下的发射能力； E1’、E2’——1、2面发射的总能量。
二、 实际物体
物体的黑度
E C
<1
Eb C0
物体的黑度：物体的种类、表面温度、表面状况、
波长。是物体辐射能力接近黑体辐射能力的程度。
三、灰体
E
Eb
C0
T 100
4
C
T
4
100
式中 C——灰体的辐射系数，C=5.669W/(m2.K4)
四、克希霍夫定律
E
Eb
AEb （1-A ）Eb
Ⅰ
Ⅱ
E1' E1 (1 A1)E2' E2' E2 (1 A2 )E1'
两平面间单位面积的辐射热量：
q12
A2E1 A1E2 A1 A2 A1A2
q12 E1' E2'
将
E1
1C0
( T1 )4 100
E2
2C0
( T2 ) 100
4
A1 1 A2 2
代入：
q12
1
C0 1
[( T1 )4 ( T2 )4 ] 1 100 100
物体在一定温度下，单位表面积，单位时间内所发 射的全部辐射能（波长从0到），W/m2。
物体的单色辐射能力：物体在一定温度下，发射某 种波长的能力；以E表示，单位W/m3。
辐射能与单色辐射能的关系：
E0
c15
ec2 / T 1
E 0 Ed
普朗克定律
描述黑体的单色辐射能力, 揭示了黑体辐射能力 按照波长的分配规律.