传热学辐射换热
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传热学 第三章 辐射换热
q = E − AEb
A
(1-A)Eb
w/m2
当温度相等时， 当温度相等时，两表面处于 热平衡状态， 热平衡状态，q=0，于是得到 ， E=AEb
第三章 辐射换热 热辐射的基本概念
五、基尔霍夫定律
上式可以写成： 上式可以写成：
E = Eb A
推广到任何物体得到： E1 = E2 = E3 L = E = E 推广到任何物体得到： b A1 A2 A3 A 上式就是基尔霍夫定律的数学表达式。 上式就是基尔霍夫定律的数学表达式。它可以表述 在热平衡条件下， 为：在热平衡条件下，任何物体的辐射力与吸收率的 比值，恒等于同温度下黑体的辐射力。 比值，恒等于同温度下黑体的辐射力。
第三章 辐射换热
热辐射是热传递的三种基本方式之一， 热辐射是热传递的三种基本方式之一，它是 由电磁波来传递能量的现象， 由电磁波来传递能量的现象，与导热和对流有着 本质的区别。辐射换热是互不接触的物体之间通 本质的区别。 过相互辐射进行热交换的过程。 过相互辐射进行热交换的过程。
第三章 辐射换热
第三章 辐射换热 热辐射的基本概念
四、黑度
物体的黑度表示该物体辐射力接近绝对黑体辐射力 的程度。 的程度。
E ε= Eb
第三章 辐射换热 热辐射的基本概念
五、基尔霍夫定律
如图设有两个表面，一个是黑体，一个是灰体。 如图设有两个表面，一个是黑体，一个是灰体。 两个表面互相平行，距离很近， 两个表面互相平行，距离很近，于是从一块板上发射 的辐射能全部落到另一块板上。若板1为黑体表面 为黑体表面， 的辐射能全部落到另一块板上。若板 为黑体表面， 其辐射力、吸收率、和表面温度分别为E 其辐射力、吸收率、和表面温度分别为 b,Ab和 T1， 为灰体表面， 板2为灰体表面，其辐射力、吸收率、和表面温度分 为灰体表面 其辐射力、吸收率、 别为E,A和 T2。 别为 和 。
第八章——传热学课件PPT
• 在讨论角系数时，我们假定：
（1）所研究的表面是漫射表面；
（2）所研究表面向外发射的辐射热流密度是均匀的。
• 在这两个假定下，当物体的表面温度及发射率的改变 时，只影响到该物体向外发射的辐射能的大小，而不 影响辐射能在空间的相对分布，因而不影响辐射能落 到其他表面的百分数，即不影响角系数的大小。这样， 角系数就是一个仅与辐射表面间相对位置有关，而与 表面特性无关的纯几何量，从而给计算带来极大的方 便。
• 考虑如图所示的表面1对表面2的角系数。由于 从表面1上发出的落到表面2的总能量，等于落 到表面2上各部分的能量之和，于是有
A1Eb1 X 1,2 A1Eb1 X 1,2a A1Eb1 X 1,2b
2a
2b
• 所以，有 X 1,2 X 1,2a X 1,2b
1
• 如果把表面2进一步分成
若干小块，则仍有
• 实际工程问题虽然不一定满足这些假设，但由此造成 的偏差一般均在计算允许的范围之内，因此这种处理 问题的方法在工程中被广泛采用。本书为讨论方便， 在研Байду номын сангаас角系数时把物体作为黑体来处理。但所得到的 结果对于漫射的灰体表面也适用。
角系数的性质
• 角系数的相对性 • 角系数的完整性 • 角系数的可加性
角系数的相对性
第八章 辐射换热的计算
• 本章讨论物体间辐射换热的计算方法，重点是 固体表面间辐射换热的计算。
• 首先讨论辐射换热计算中的一个重要几何因 子——角系数的定义、性质及其计算方法；
• 然后介绍由两个表面及多个表面所组成系统的 辐射换热计算方法。
• 此基础上总结辐射换热的强化及削弱方法。
• 最后对位于容器及设备壳体内的烟气的辐射换 热特性及烟气与壳体间的辐射换热计算方法作 简要的讨论。
（1）所研究的表面是漫射表面；
（2）所研究表面向外发射的辐射热流密度是均匀的。
• 在这两个假定下，当物体的表面温度及发射率的改变 时，只影响到该物体向外发射的辐射能的大小，而不 影响辐射能在空间的相对分布，因而不影响辐射能落 到其他表面的百分数，即不影响角系数的大小。这样， 角系数就是一个仅与辐射表面间相对位置有关，而与 表面特性无关的纯几何量，从而给计算带来极大的方 便。
• 考虑如图所示的表面1对表面2的角系数。由于 从表面1上发出的落到表面2的总能量，等于落 到表面2上各部分的能量之和，于是有
A1Eb1 X 1,2 A1Eb1 X 1,2a A1Eb1 X 1,2b
2a
2b
• 所以，有 X 1,2 X 1,2a X 1,2b
1
• 如果把表面2进一步分成
若干小块，则仍有
• 实际工程问题虽然不一定满足这些假设，但由此造成 的偏差一般均在计算允许的范围之内，因此这种处理 问题的方法在工程中被广泛采用。本书为讨论方便， 在研Байду номын сангаас角系数时把物体作为黑体来处理。但所得到的 结果对于漫射的灰体表面也适用。
角系数的性质
• 角系数的相对性 • 角系数的完整性 • 角系数的可加性
角系数的相对性
第八章 辐射换热的计算
• 本章讨论物体间辐射换热的计算方法，重点是 固体表面间辐射换热的计算。
• 首先讨论辐射换热计算中的一个重要几何因 子——角系数的定义、性质及其计算方法；
• 然后介绍由两个表面及多个表面所组成系统的 辐射换热计算方法。
• 此基础上总结辐射换热的强化及削弱方法。
• 最后对位于容器及设备壳体内的烟气的辐射换 热特性及烟气与壳体间的辐射换热计算方法作 简要的讨论。
《传热学》第9章-辐射换热的计算
有效辐射： 单位时间内离开单位面积表面的总辐射能, 用符号J表示。
J = E + ρG = εEb + (1 − α )G
漫灰表面之间的辐射换热
单位面积的辐射换热量=？
应该等于有效辐射与投入辐射之差
Φ= A
也等于自身辐射力与吸收的投入辐射能之差
J− Φ A
G = εEb
α =ε
− αG
Φ
=
Aε 1−ε
X
1,
2
1 ε1
− 1
+1+
X
2.1
1 ε2
− 1
= ε s A1 X1,2 (Eb1 − Eb2 )
εs
=
X
1,
2
1 ε1
−1 + 1 +
X
2.1
1 ε2
− 1 −1
系统黑度
6
两个漫灰表面构成的封闭空腔中的辐射换热
两块平行壁面构成的封闭空腔
角系数的曲线图
（a）平行的等面积矩形
（c）垂直的两个矩形
2 角系数的性质
(1) 相对性 (2) 完整性
A1 X 1,2 = A2 X 2,1
－互换性
封闭空腔的所有表面的角系数之和等于1
n
∑ X i , j = X i ,1 + X i ,2 +L+ X i ,i +L + X i ,n = 1
j =1
黑体辐射
Lb
=
Eb π
角系数的定义式
∫ ∫ Φ1→2 =
A1
A2
Eb1
cosθ1 cosθ 2 πr 2
J = E + ρG = εEb + (1 − α )G
漫灰表面之间的辐射换热
单位面积的辐射换热量=？
应该等于有效辐射与投入辐射之差
Φ= A
也等于自身辐射力与吸收的投入辐射能之差
J− Φ A
G = εEb
α =ε
− αG
Φ
=
Aε 1−ε
X
1,
2
1 ε1
− 1
+1+
X
2.1
1 ε2
− 1
= ε s A1 X1,2 (Eb1 − Eb2 )
εs
=
X
1,
2
1 ε1
−1 + 1 +
X
2.1
1 ε2
− 1 −1
系统黑度
6
两个漫灰表面构成的封闭空腔中的辐射换热
两块平行壁面构成的封闭空腔
角系数的曲线图
（a）平行的等面积矩形
（c）垂直的两个矩形
2 角系数的性质
(1) 相对性 (2) 完整性
A1 X 1,2 = A2 X 2,1
－互换性
封闭空腔的所有表面的角系数之和等于1
n
∑ X i , j = X i ,1 + X i ,2 +L+ X i ,i +L + X i ,n = 1
j =1
黑体辐射
Lb
=
Eb π
角系数的定义式
∫ ∫ Φ1→2 =
A1
A2
Eb1
cosθ1 cosθ 2 πr 2
第三章 传热学3-辐射换热
的半球总辐射力与黑体半球总辐射力之比:
E E Eb T4
18
3.1 辐射率
上面公式只是针对方向和光谱波长平均的情况，但实际上，真实表面的 辐射能力是随方向和波长变化的。
方向
波长
19
因此，我们需要定义单色定向辐射率，对于某一指定的方向和波
长
ε,θ
,θ ,TE ,actu alem itted E ,b lack b o d y
26
角系数的定义、性质及计算
1. 角系数的定义
在介绍角系数概念前，要先温习两个概念 (1)投入辐射：单位时间内投射到单位面积上的总辐射能，记为G。
(2)有效辐射：单位时间内离开单位面积的总辐射能为该表面的 有效辐射。包括了自身的发射辐射E和反射辐射G。G为投射 辐射。
有效辐射示意图
27
4 角系数
对于平面和凸面： Fii 0
对于凹面：
Fii 0
31
(3) 完整性
对于有n个表面组成的封闭系统，据能量守恒可得:
Q i Q i1 Q i2 Q i i Q i N
Qi1Qi2 Qii QiN1
Qi Qi
Qi
Qi
N
F ijF i1F i2 F ii F iN1
反射又分镜反射和漫反射两种镜反射漫反射立体角定义图14微元立体角可见辐射面积15辐射强度在单位时间内在某给定辐射方向上在与物体的发射方向垂直方向上的每单位投影面积在单位立体角内所发射的全波长的能量称为该方向上的辐射强度又称定向辐射强度用isrcosdqcosda方向的可见辐射面积10单位时间内辐射物体的单位表面积向半球空间发射的所有波长的能量总和
方向的立体角
dAcos 方向的可见辐射面积 9
E E Eb T4
18
3.1 辐射率
上面公式只是针对方向和光谱波长平均的情况，但实际上，真实表面的 辐射能力是随方向和波长变化的。
方向
波长
19
因此，我们需要定义单色定向辐射率，对于某一指定的方向和波
长
ε,θ
,θ ,TE ,actu alem itted E ,b lack b o d y
26
角系数的定义、性质及计算
1. 角系数的定义
在介绍角系数概念前，要先温习两个概念 (1)投入辐射：单位时间内投射到单位面积上的总辐射能，记为G。
(2)有效辐射：单位时间内离开单位面积的总辐射能为该表面的 有效辐射。包括了自身的发射辐射E和反射辐射G。G为投射 辐射。
有效辐射示意图
27
4 角系数
对于平面和凸面： Fii 0
对于凹面：
Fii 0
31
(3) 完整性
对于有n个表面组成的封闭系统，据能量守恒可得:
Q i Q i1 Q i2 Q i i Q i N
Qi1Qi2 Qii QiN1
Qi Qi
Qi
Qi
N
F ijF i1F i2 F ii F iN1
反射又分镜反射和漫反射两种镜反射漫反射立体角定义图14微元立体角可见辐射面积15辐射强度在单位时间内在某给定辐射方向上在与物体的发射方向垂直方向上的每单位投影面积在单位立体角内所发射的全波长的能量称为该方向上的辐射强度又称定向辐射强度用isrcosdqcosda方向的可见辐射面积10单位时间内辐射物体的单位表面积向半球空间发射的所有波长的能量总和
方向的立体角
dAcos 方向的可见辐射面积 9
传热学 第九章 辐射换热的计算
灰体——多次反射、吸收
9-2 两表面之间的辐射换热过程
1. 黑体表面之间的辐射换热
任意位置的两个黑体表面1、2，从表面1发出并直接投射
到表面2上的辐射能为
1 2 A1 X 1,2 E b1
从表面2发出并直接投射到表面1上的辐射能为
21 A2 X 2 ,1 E b 2
两个表面之间的直接辐射换热量为
X 1,2 X 2 ,1 1
A2 a
A1
9-1 角系数
4. 角系数的计算方法
(2) 代数法
由三个垂直于纸面方向无限长的非凹表面构成的封闭空腔,
三个表面的面积分别为A1、A2、A3 。
X i ,i 0
根据角系数的完整性
角系数的相对性
A1 X 1, 2 A1 X 1, 3 A1
A1 X 1,2 A2 X 2 ,1
Eb1 cos 1 cos 2 dA1dA2
1d 1
dd11
2
2 Lb1 dA1 cos
2
r
Eb1
dA2 cos 2
Lb1
d1
r2
9-1 角系数
2. 角系数的定义式
12
cos 1 cos 2
cos 1 cos 2
dA1dA2
E b1
dA1dA2 E b1
2
2
A1 A2
A1 A2
r
r
表面1对表面2的角系数为
X 1,2
12
A1 Eb1
1
A1
cos 1 cos 2
A1 A2 r 2 dA1dA2
1
A2
cos 1 cos 2
9-2 两表面之间的辐射换热过程
1. 黑体表面之间的辐射换热
任意位置的两个黑体表面1、2，从表面1发出并直接投射
到表面2上的辐射能为
1 2 A1 X 1,2 E b1
从表面2发出并直接投射到表面1上的辐射能为
21 A2 X 2 ,1 E b 2
两个表面之间的直接辐射换热量为
X 1,2 X 2 ,1 1
A2 a
A1
9-1 角系数
4. 角系数的计算方法
(2) 代数法
由三个垂直于纸面方向无限长的非凹表面构成的封闭空腔,
三个表面的面积分别为A1、A2、A3 。
X i ,i 0
根据角系数的完整性
角系数的相对性
A1 X 1, 2 A1 X 1, 3 A1
A1 X 1,2 A2 X 2 ,1
Eb1 cos 1 cos 2 dA1dA2
1d 1
dd11
2
2 Lb1 dA1 cos
2
r
Eb1
dA2 cos 2
Lb1
d1
r2
9-1 角系数
2. 角系数的定义式
12
cos 1 cos 2
cos 1 cos 2
dA1dA2
E b1
dA1dA2 E b1
2
2
A1 A2
A1 A2
r
r
表面1对表面2的角系数为
X 1,2
12
A1 Eb1
1
A1
cos 1 cos 2
A1 A2 r 2 dA1dA2
1
A2
cos 1 cos 2
传热学 辐射换热计算
A2
表面1对表面2的角系数，
记为X1，2。
1. 与物体温度无关，对于表面性 质均匀的漫射表面，它是一个 纯几何因子。
A1
角系数定义
② 两黑体表面的辐射换热：（不存在重复反射）
1,2E b1A 1X 1,2E b2A 2X 2,1
3
热平衡时： T 1 T 2 1 ,2 0 A 1 X 1 ,2 A 2 X 2 ,1
1 X 1 , 2 A 1
1 2 2 A 2
辐射换热量：
1,211Eb1 1Eb2 11 2 A111Eb1 1 EbA 2112
A AX A X A 1 1
1 1,2 X 21 , 2 2A 1 1
1,2 2 2
1 A 11 s Eb1Eb2 1 A 1 1
1 2
12 A 2
解：由几何关系：cos1 cos2 s / l
l2 s2 r2
dA2 2 r dr 根据角系数定义式：
Xd1,2
Ld1Acosd
A2 d1AE1
(E1/)cosd
A2
E1
A2cosdA 2lc2osA2co2l2sdA 2
代入几何关系整理得：
dA 1
s
l
r
R0 A2
X R0 d1,2 0
2.角系数有哪些特性？这些特性的物理背景是什么？
答：角系数有相对性，完整性和可加性。相对性是在两物体处于 热平衡时，净辐射换热量为零的条件下导得的；完整性反映了一 个由几个表面组成的封闭系统中，任一表面所发生的辐射能必全 部落到封闭系统的各个表面上；可加性是说明从表面1发出而落 到表面2上的总能量等于落到表面2上各部份的辐射能之和。
能力，而在光带之外为热辐射的透明体，如图927。（气体不是灰体 ） ② 在整个容积中进行。
传热学第八章辐射换热的计算
02
辐射换热的计算方法
辐射换热的基本公式
斯蒂芬-玻尔兹曼方程
描述了物体在任意温度下的辐射功率，是辐射换热的基本公式。
辐射力方程
表示物体发射和吸收的辐射能与物体表面温度和周围环境温度之间 的关系。
辐射传递方程
表示在给定温度和光谱发射率下，物体表面发射和吸收的辐射能与 物体表面温度之间的关系。
辐射换热的角系数法
表面传热系数的计算方法
通过实验测定或经验公式计算表面传热系数， 需要考虑表面粗糙度和涂层的影响。
表面传热系数的应用
适用于简化模型或近似计算中的辐射换热计算。
辐射换热的积分方程法
积分方程的建立
根据斯蒂芬-玻尔兹曼方程和边界条件建立积分方程。
积分方程的求解方法
采用数值方法求解积分方程，如有限元法、有限差分 法等。
太阳能利用
通过优化太阳能集热器的设计，提高太阳能辐射的吸收和 转换效率，降低太阳能利用成本，有助于减少化石能源的 消耗和碳排放。
05
辐射换热的发展趋势与展 望
新型材料的辐射换热特性研究
总结词
随着科技的发展，新型材料不断涌现，对新型材料的辐射换热特性研究成为当 前热点。
详细描述
新型材料如碳纳米管、石墨烯等具有独特的物理和化学性质，其辐射换热特性 与传统材料有所不同。研究这些新型材料的辐射换热特性有助于发现新的传热 机制，提高传热效率。
感谢观看
THANKS
传热学第八章辐射 换热的计算
目 录
• 辐射换热的基本概念 • 辐射换热的计算方法 • 辐射换热的实际应用 • 辐射换热的优化与控制 • 辐射换热的发展趋势与展望
01
辐射换热的基本概念
定义与特性
定义
传热学课件第六章辐射换热计算
X 1,3
A1 A3 A2 2 A1
X 2,1
A2
A1 A3 2 A2
X 2,3
A2
A3 A1 2 A2
X 3,1
A3 A1 A2 2 A3
X 3,2
A3
A2 2 A3
A1
3．查曲线图法
利用已知几何关系的角系数，确定
其它几何关系的角系数。 例：如图，确定X1,2 由相互垂直且具有公共边的长方形表面
• 若A2和A3的温度相等，则有
J2A2X2，1＋J2A3X3，1 =J2 A2+3X(2+3)，1 角系数的可加性
即 A2+3X(2+3)，1＝A2X2，1＋A3X3，1
利用角系数的可加性，应注意只有对角系数
符号中第二个角码是可加的。
• 三、角系数的确定方法
角系数的确定方法很多，从角系数的定义直 接求解法、查曲线图法、代数分析法和几何图形 法，这里主要介绍定义直求法和代数分析法。
一、表面辐射热阻
对于任一表面A，其本身辐射为E=ε Eb， 投射辐射为G，吸收的辐射能为α G。向外 界发出的辐射能为
J E G Eb 1 G （a）
因此，表面A的净热流密度为
q ＝ J－G
（b）
对于灰体表面α ＝ε ，联解（a）和（b），
消去G得
q
Eb J
1
第六章 辐射换热计算
例内 重 基 题容 点 本 赏精 难 要 析粹 点 求
基本要求
1.掌握角系数的意义、性质及确定方法。 2.掌握有效辐射的确定方法。 3.熟练掌握简单几何条件下透热介质漫灰
面间辐射换热的计算方法。 4.掌握遮热板的原理及其应用
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第二篇
传热学
第十章
辐射换热
本章主要内容
热辐射的基本概念 热辐射的基本定律 物体间的辐射换热
2
10-1 热辐射的基本概念
一、热辐射的本质及特点 1.概念本质：
（1）辐射：物体向外发射电磁波的现象。 （2）热辐射：由于热的原因向外发射电磁波（图） 的现象。（是三种基本热传递方式之一） 热辐射的本质：物质具有温度
16
三、灰体表面的有效辐射
17
有效辐射 本身辐射 反射辐射
表面1的有效辐射：
J1 E1 1G1 1Eb1 (1 1 )G1
表面1与外界的辐射换热：
q J1 G1
上两式消去G1：对灰体α 1=ε
1
Eb1 J1 q1 1 1
1
Eb1 J 1 1 1 1 1 A1
9
2.基尔霍夫定律
——反映任一物体的辐射力E和吸收率α 之间的关系.
E
结论：
Eb
①辐射力大的物体，其吸收率也大。 ②同温度下黑体的辐射力最大。 ③由黑度定义，可得基尔霍夫定律的另一表达式：
E Eb
10
3.兰贝特定律**
——反映物体辐射能量按空间不同方向的分布 规律.
En
E
E En cos
Eb1
1 1 1 A1
J1
表面辐射热阻网络图
式中，(1-ε1)/ε1A1为表面辐射热阻，它是因表面不是黑体而产生的热阻， 其大小取决于表面因素，故是除黑体以外的物体所特有的辐射热阻。
18
四、两灰体表面间的辐射换热
1, 2
Eb1 Eb 2 1 1 1 2 1 1 A1 A1 X 1,2 2 A2
19
1, 2
1 1 1 A1
Eb1 Eb 2 1 2 1 A X 2 A2 1 1, 2
两种特例：
①两无限大平行灰体表面间：A1=A2，X1,2=X2,1=1
1, 2
( Eb1 Eb 2 ) A 1 1 1
12Βιβλιοθήκη 201, 2 1 1 1 A1
式中，Cb=5.67 W/(m2K4) ，为黑体的辐射系数。
实际物体的辐射力------引入修正系数(黑度)
8
黑度ε：实际物体的辐射力与同温度下黑体辐
射力之比。
E Eb
式中，Eb为黑体的辐射力，E为实际物体的辐射力。
f (物体本身的性质 )
T 4 ) 实际物体的辐射力为：E Eb Cb ( 100
6
10-2 热辐射的基本定律
一、热辐射能量的表示方法
辐射力E：单位时间内，物体的单位表面积向 半球空间发射的所有波长的能量总和。(W/m2) 黑体一般采用下标b表示，如黑体的辐射力为Eb.
7
二、热辐射的基本定律
1.斯蒂芬—玻尔兹曼定律（四次方定律）
——反映黑体辐射力与温度的关系.
T 4 E b Cb ( ) 100
11
10-3 物体间的辐射换热
影响辐射换热的因素有哪些？
（1）表面温度T；
（2）表面黑度ε ；
（3）几何因素（物体形状、大小及相对位置等）. 引入辐射角系数
12
一、辐射角系数 1.角系数的定义：
表面 1 对表面 2 的角系数 X1,2 ：表面 1 投射到表面 2 上的辐射能，占表面1辐射总能量的百分比，即
ρ ——反射率；
τ ——穿透率.
5
1
对于大多数的固体和液体：（表面辐射和吸收）
0, 1
对于不含颗粒的气体：（内部辐射和吸收）
0, 1
三种理想辐射体：
①黑体：α =1（如：煤烟接近于黑体） 人工黑体：空腔壁上的小孔可视为人工黑体，在 热辐射的分析中有其特殊的重要性。 （动画） ②白体：ρ =1（如：高度磨光的金属板） ③透明体：τ =1（如：双原子气体及纯净的空气等）
热辐射就是热射线的传播过程。 热射线：波长为0.1～1000μ m的电磁波。它包 含少量紫外线、可见光和红外线。
3
2. 特点：
（与导热和对流换热相比）
① 是一种非接触的热传递方式，在空间的传递依 靠热射线为载运体； ② 任何物体无论温度高低都存在热辐射现象，即 热辐射是物质的固有属性； ③ 在辐射换热过程中伴随有能量形式的转变：
X 1, 2
表面1直接投射到表面 2上的辐射能 表面1所发出的总辐射能
同理，也可以定义表面2对表面1的角系数X2,1。
13
2.角系数的性质：
基本性质：角系数只与 物体表面的形状、尺寸 以及物体间的相对位置 有关，而与物体的性质 和温度等无关，是纯几 何因子。 相对性：
A1 X1,2 A2 X 2,1
Eb1 Eb 2 1 2 1 A X 2 A2 1 1, 2
两种特例：
②空腔内包物体与空腔内壁 间：X1,2=1，X2,1=A1/A2. 当A1<<A2时，视A1/A2→0. （如电厂厂房内高温管道 的辐射散热属此情况）
的热辐射 到达表面
的热辐射 到达表面
表面1发出 表面 2发出
1, 2
Eb1 Eb2 2的部分 1的部分 Eb1 Eb 2 Eb1 Eb 2 辐射势差 1 1 1 A1 X 1, 2 空间辐射热阻 A1 X 1, 2 A2 X 2,1 黑体间的辐射换热网络图
式中，1/A1X1,2为空间辐射热阻，其大小完全取决于物体表面间的几何 关系，而与物体表面的性质无关，故是所有物体均具有的辐射热阻。
热能(一物体) 辐射能(电磁波携带) 热能(另一物体)
4
二、物体对热辐射的吸收、反射和穿透
当热辐射投射到物体表面上时，一般会发生三种现 象，即吸收、反射和穿透。 Q Q Q Q Q Q Q 1 Q Q Q
1
式中，α ——吸收率；
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相对性应用 ( A1 X1,2 A2 X 2,1 )
对两相距很近的大平板：X1,2=X2,1=1
对空腔内包物体（为平表面或凸表面）时： X1,2=1，X2,1=A1/A2
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二、两黑体表面间的辐射换热
1, 2 A1 Eb1 X 1, 2 A2 Eb 2 X 2,1 A1 X 1, 2 ( Eb1 Eb 2 )
传热学
第十章
辐射换热
本章主要内容
热辐射的基本概念 热辐射的基本定律 物体间的辐射换热
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10-1 热辐射的基本概念
一、热辐射的本质及特点 1.概念本质：
（1）辐射：物体向外发射电磁波的现象。 （2）热辐射：由于热的原因向外发射电磁波（图） 的现象。（是三种基本热传递方式之一） 热辐射的本质：物质具有温度
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三、灰体表面的有效辐射
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有效辐射 本身辐射 反射辐射
表面1的有效辐射：
J1 E1 1G1 1Eb1 (1 1 )G1
表面1与外界的辐射换热：
q J1 G1
上两式消去G1：对灰体α 1=ε
1
Eb1 J1 q1 1 1
1
Eb1 J 1 1 1 1 1 A1
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2.基尔霍夫定律
——反映任一物体的辐射力E和吸收率α 之间的关系.
E
结论：
Eb
①辐射力大的物体，其吸收率也大。 ②同温度下黑体的辐射力最大。 ③由黑度定义，可得基尔霍夫定律的另一表达式：
E Eb
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3.兰贝特定律**
——反映物体辐射能量按空间不同方向的分布 规律.
En
E
E En cos
Eb1
1 1 1 A1
J1
表面辐射热阻网络图
式中，(1-ε1)/ε1A1为表面辐射热阻，它是因表面不是黑体而产生的热阻， 其大小取决于表面因素，故是除黑体以外的物体所特有的辐射热阻。
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四、两灰体表面间的辐射换热
1, 2
Eb1 Eb 2 1 1 1 2 1 1 A1 A1 X 1,2 2 A2
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1, 2
1 1 1 A1
Eb1 Eb 2 1 2 1 A X 2 A2 1 1, 2
两种特例：
①两无限大平行灰体表面间：A1=A2，X1,2=X2,1=1
1, 2
( Eb1 Eb 2 ) A 1 1 1
12Βιβλιοθήκη 201, 2 1 1 1 A1
式中，Cb=5.67 W/(m2K4) ，为黑体的辐射系数。
实际物体的辐射力------引入修正系数(黑度)
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黑度ε：实际物体的辐射力与同温度下黑体辐
射力之比。
E Eb
式中，Eb为黑体的辐射力，E为实际物体的辐射力。
f (物体本身的性质 )
T 4 ) 实际物体的辐射力为：E Eb Cb ( 100
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10-2 热辐射的基本定律
一、热辐射能量的表示方法
辐射力E：单位时间内，物体的单位表面积向 半球空间发射的所有波长的能量总和。(W/m2) 黑体一般采用下标b表示，如黑体的辐射力为Eb.
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二、热辐射的基本定律
1.斯蒂芬—玻尔兹曼定律（四次方定律）
——反映黑体辐射力与温度的关系.
T 4 E b Cb ( ) 100
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10-3 物体间的辐射换热
影响辐射换热的因素有哪些？
（1）表面温度T；
（2）表面黑度ε ；
（3）几何因素（物体形状、大小及相对位置等）. 引入辐射角系数
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一、辐射角系数 1.角系数的定义：
表面 1 对表面 2 的角系数 X1,2 ：表面 1 投射到表面 2 上的辐射能，占表面1辐射总能量的百分比，即
ρ ——反射率；
τ ——穿透率.
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1
对于大多数的固体和液体：（表面辐射和吸收）
0, 1
对于不含颗粒的气体：（内部辐射和吸收）
0, 1
三种理想辐射体：
①黑体：α =1（如：煤烟接近于黑体） 人工黑体：空腔壁上的小孔可视为人工黑体，在 热辐射的分析中有其特殊的重要性。 （动画） ②白体：ρ =1（如：高度磨光的金属板） ③透明体：τ =1（如：双原子气体及纯净的空气等）
热辐射就是热射线的传播过程。 热射线：波长为0.1～1000μ m的电磁波。它包 含少量紫外线、可见光和红外线。
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2. 特点：
（与导热和对流换热相比）
① 是一种非接触的热传递方式，在空间的传递依 靠热射线为载运体； ② 任何物体无论温度高低都存在热辐射现象，即 热辐射是物质的固有属性； ③ 在辐射换热过程中伴随有能量形式的转变：
X 1, 2
表面1直接投射到表面 2上的辐射能 表面1所发出的总辐射能
同理，也可以定义表面2对表面1的角系数X2,1。
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2.角系数的性质：
基本性质：角系数只与 物体表面的形状、尺寸 以及物体间的相对位置 有关，而与物体的性质 和温度等无关，是纯几 何因子。 相对性：
A1 X1,2 A2 X 2,1
Eb1 Eb 2 1 2 1 A X 2 A2 1 1, 2
两种特例：
②空腔内包物体与空腔内壁 间：X1,2=1，X2,1=A1/A2. 当A1<<A2时，视A1/A2→0. （如电厂厂房内高温管道 的辐射散热属此情况）
的热辐射 到达表面
的热辐射 到达表面
表面1发出 表面 2发出
1, 2
Eb1 Eb2 2的部分 1的部分 Eb1 Eb 2 Eb1 Eb 2 辐射势差 1 1 1 A1 X 1, 2 空间辐射热阻 A1 X 1, 2 A2 X 2,1 黑体间的辐射换热网络图
式中，1/A1X1,2为空间辐射热阻，其大小完全取决于物体表面间的几何 关系，而与物体表面的性质无关，故是所有物体均具有的辐射热阻。
热能(一物体) 辐射能(电磁波携带) 热能(另一物体)
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二、物体对热辐射的吸收、反射和穿透
当热辐射投射到物体表面上时，一般会发生三种现 象，即吸收、反射和穿透。 Q Q Q Q Q Q Q 1 Q Q Q
1
式中，α ——吸收率；
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相对性应用 ( A1 X1,2 A2 X 2,1 )
对两相距很近的大平板：X1,2=X2,1=1
对空腔内包物体（为平表面或凸表面）时： X1,2=1，X2,1=A1/A2
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二、两黑体表面间的辐射换热
1, 2 A1 Eb1 X 1, 2 A2 Eb 2 X 2,1 A1 X 1, 2 ( Eb1 Eb 2 )