第七章——传热学课件PPT
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西安交通大学传热学课件
（3）主要热阻
（4）凝结传热设备的设计依据：膜状凝结
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传热学 Heat Transfer
四、膜状凝结传热的应用
1、蒸汽压缩制冷循环 2、电厂的凝汽器 3、电子元器件冷却
10/76
传热学 Heat Transfer 11/76
传热学 Heat Transfer
§7-2 层流膜状凝结传热
凝结传热是一个非常复杂的现象
§7-1 凝结传热的模式
一、凝结的定义
蒸汽与低于其饱和温度的壁面接触时形成 液体的过程。
二、两种存在形态
浸润性液体；非浸润性液体。
5/76
传热学 Heat Transfer
三、凝结传热的两种模式
tw ts
1、膜状凝结(film condensation)
沿整个壁面形成一层薄膜，并且在
g
重力的作用下流动。
传热学 Heat Transfer 38/76
传热学 Heat Transfer
§7-4 沸腾传热简介
一、液体汽化的两种方式
1、蒸发（evaporation） 2、沸腾（boiling） （1）定义
工质内部形成大量气泡并由液态转 换到气态的一种剧烈的汽化过程
39/76
（2）分类
传热学 Heat Transfer
一、不凝结气体
增加了传递过程的阻力 减小了凝结的驱动力 二、蒸气流速 使液膜变厚 使液膜变薄
31/76
三、过热蒸汽
传热学 Heat Transfer
四、液膜过冷度及温度分布的非线性
五、管子排数 前面推导的横管凝结换热的公式只适用于单根横管
六、管内冷凝
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传热学 Heat Transfer
（4）凝结传热设备的设计依据：膜状凝结
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传热学 Heat Transfer
四、膜状凝结传热的应用
1、蒸汽压缩制冷循环 2、电厂的凝汽器 3、电子元器件冷却
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传热学 Heat Transfer 11/76
传热学 Heat Transfer
§7-2 层流膜状凝结传热
凝结传热是一个非常复杂的现象
§7-1 凝结传热的模式
一、凝结的定义
蒸汽与低于其饱和温度的壁面接触时形成 液体的过程。
二、两种存在形态
浸润性液体；非浸润性液体。
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传热学 Heat Transfer
三、凝结传热的两种模式
tw ts
1、膜状凝结(film condensation)
沿整个壁面形成一层薄膜，并且在
g
重力的作用下流动。
传热学 Heat Transfer 38/76
传热学 Heat Transfer
§7-4 沸腾传热简介
一、液体汽化的两种方式
1、蒸发（evaporation） 2、沸腾（boiling） （1）定义
工质内部形成大量气泡并由液态转 换到气态的一种剧烈的汽化过程
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（2）分类
传热学 Heat Transfer
一、不凝结气体
增加了传递过程的阻力 减小了凝结的驱动力 二、蒸气流速 使液膜变厚 使液膜变薄
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三、过热蒸汽
传热学 Heat Transfer
四、液膜过冷度及温度分布的非线性
五、管子排数 前面推导的横管凝结换热的公式只适用于单根横管
六、管内冷凝
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传热学 Heat Transfer
传热学-第七章newppt课件
（2）特点：凝结放出的潜热不须穿过液膜的阻力即可传到冷却壁面上。 当凝结液不能润湿壁面时，凝结液在壁面许多点上以—颗颗小液珠的形式依
附于壁面，在重力的作用下，液珠滚下并与相通的液珠汇合成较大的液滴， 在向下滚动的同时．扫清了沿途的液珠，让出无液珠的壁面供继续凝结．凝 结过程主要是直接在冷壁面上进行的，没有凝结液膜引起的附加热阻，因此 有较高的换热强度。实验表明珠状凝结的换热系数比膜状凝结要高5—10倍 以上。 虽然如此，但到目前为止．在工业冷凝器中还没能创造出持久地保持珠状凝 结的工作条件。珠状凝结的机理及保证产生珠状凝结的条件正在广泛地研究 中。 如果冷凝壁面水平放置，壁面迟早会被冷凝液覆盖；如果冷凝壁面是竖直安 放，液珠会逐步变大而沿着壁面向下滚动，使得冷凝壁面始终能与蒸汽直接 接触，保持良好的热交换性能。 在其它条件相同时，珠状凝结的表面传热系数定大于膜状凝结的传热系数。
量外，层流底层之外以紊流传递为主，换热大为增强
竖壁紊流膜段的平均表面传热系数
C o875 508 PR r0.5c(eR0 c.7e525)3
对竖壁的紊流凝结换热，其沿整个壁面的平均表面传热系数
计算式为：
hhl
xc l
ht
1
xc l
式中：hl 为层流段的传热系数； ht 为湍流段的传热系数；
xc 为层流转变为湍流时转折点的高度
u v 0 x y
Thermal boundary
x
layers
u(y)
（ l u u xv u y)lg p xl y2u 2
Velocity boundary
layers
ut vt x y
al
2t y2
下脚标 l 表示液相
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附于壁面，在重力的作用下，液珠滚下并与相通的液珠汇合成较大的液滴， 在向下滚动的同时．扫清了沿途的液珠，让出无液珠的壁面供继续凝结．凝 结过程主要是直接在冷壁面上进行的，没有凝结液膜引起的附加热阻，因此 有较高的换热强度。实验表明珠状凝结的换热系数比膜状凝结要高5—10倍 以上。 虽然如此，但到目前为止．在工业冷凝器中还没能创造出持久地保持珠状凝 结的工作条件。珠状凝结的机理及保证产生珠状凝结的条件正在广泛地研究 中。 如果冷凝壁面水平放置，壁面迟早会被冷凝液覆盖；如果冷凝壁面是竖直安 放，液珠会逐步变大而沿着壁面向下滚动，使得冷凝壁面始终能与蒸汽直接 接触，保持良好的热交换性能。 在其它条件相同时，珠状凝结的表面传热系数定大于膜状凝结的传热系数。
量外，层流底层之外以紊流传递为主，换热大为增强
竖壁紊流膜段的平均表面传热系数
C o875 508 PR r0.5c(eR0 c.7e525)3
对竖壁的紊流凝结换热，其沿整个壁面的平均表面传热系数
计算式为：
hhl
xc l
ht
1
xc l
式中：hl 为层流段的传热系数； ht 为湍流段的传热系数；
xc 为层流转变为湍流时转折点的高度
u v 0 x y
Thermal boundary
x
layers
u(y)
（ l u u xv u y)lg p xl y2u 2
Velocity boundary
layers
ut vt x y
al
2t y2
下脚标 l 表示液相
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(完整PPT)传热学
温度
温度对导热系数的影响因材料而异，一般情况下，随着温度的升高， 导热系数会增加。
压力
对于某些材料，如气体，压力的变化会对导热系数产生显著影响。
稳态与非稳态导热过程
稳态导热
物体内部各点温度不随时间变化而变化的导热过程。在稳态导热过程中，热流 密度和温度分布保持恒定。
非稳态导热
物体内部各点温度随时间变化而变化的导热过程。在非稳态导热过程中，热流 密度和温度分布会发生变化，通常需要考虑时间因素对导热过程的影响。
热辐射基本概念和定律
普朗克定律
基尔霍夫定律
在热平衡状态的物体所辐射的能 量与吸收的能量之比与物体本身 物性无关,只与波长和温度有关。
给出了黑体辐射力随波长的分布 规律。
斯蒂芬-玻尔兹曼定律
黑体的全波长辐射力与温度的四 次方成正比。
热辐射定义
维恩位移定律
物体由于具有温度而辐射电磁波 的现象。
黑体的最大单色辐射力对应的波 长与绝对温度成反比。
流体物性
包括密度、粘度、导热系数等，影响流动状态和传热效率。
流动状态
层流或湍流，影响传热系数和温度分布。
传热表面形状和大小
影响流动边界层和传热面积，从而影响传热效率。
温度差
传热驱动力，温差越大，传热速率越快。
牛顿冷却定律及其应用
牛顿冷却定律
描述对流换热过程中，传热速率与温差之间的关系，即q = h(Tw - Tf)，其中q为传热速率，h为对流换热系数，Tw和Tf 分别为壁面温度和流体温度。
(完整PPT)传热学
contents
目录
• 传热学基本概念与原理 • 导热现象与规律 • 对流换热原理及应用 • 辐射换热基础与特性 • 传热过程数值计算方法 • 传热学实验技术与设备 • 传热学在工程领域应用案例
温度对导热系数的影响因材料而异，一般情况下，随着温度的升高， 导热系数会增加。
压力
对于某些材料，如气体，压力的变化会对导热系数产生显著影响。
稳态与非稳态导热过程
稳态导热
物体内部各点温度不随时间变化而变化的导热过程。在稳态导热过程中，热流 密度和温度分布保持恒定。
非稳态导热
物体内部各点温度随时间变化而变化的导热过程。在非稳态导热过程中，热流 密度和温度分布会发生变化，通常需要考虑时间因素对导热过程的影响。
热辐射基本概念和定律
普朗克定律
基尔霍夫定律
在热平衡状态的物体所辐射的能 量与吸收的能量之比与物体本身 物性无关,只与波长和温度有关。
给出了黑体辐射力随波长的分布 规律。
斯蒂芬-玻尔兹曼定律
黑体的全波长辐射力与温度的四 次方成正比。
热辐射定义
维恩位移定律
物体由于具有温度而辐射电磁波 的现象。
黑体的最大单色辐射力对应的波 长与绝对温度成反比。
流体物性
包括密度、粘度、导热系数等，影响流动状态和传热效率。
流动状态
层流或湍流，影响传热系数和温度分布。
传热表面形状和大小
影响流动边界层和传热面积，从而影响传热效率。
温度差
传热驱动力，温差越大，传热速率越快。
牛顿冷却定律及其应用
牛顿冷却定律
描述对流换热过程中，传热速率与温差之间的关系，即q = h(Tw - Tf)，其中q为传热速率，h为对流换热系数，Tw和Tf 分别为壁面温度和流体温度。
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目录
• 传热学基本概念与原理 • 导热现象与规律 • 对流换热原理及应用 • 辐射换热基础与特性 • 传热过程数值计算方法 • 传热学实验技术与设备 • 传热学在工程领域应用案例
传热学课件课件
❖ 3 ）教育思想发生了本质性的变化
❖ 传热学课程教学内容的组织和表达方 面从以往单纯的为后续专业课学习服务转 变到重点培养学生综合素质和能力方面， 这是传热学课程理论联系实际的核心。从 实际工程问题中、科学研究中提炼出综合 分析题，对培养学生解决分析综合问题的 能力起到积极的作用。
❖ 2 、研究对象 ❖ 传热学研究的对象是热量传递规律。 ❖ 3 、研究方法
❖ 研究的是由微观粒子热运动所决定的 宏观物理现象，而且主要用经验的方法寻 求热量传递的规律，认为研究对象是个连 续体，即各点的温度、密度、速度是坐标 的连续函数，即将微观粒子的微观物理过 程作为宏观现象处理。
由前可知，热力学的研究方法仍是如此，但 是热力学虽然能确定传热量（稳定流能量方 程），但不能确定物体内温度分布。
（ 1 ）稳态传热过程； （ 2 ）非稳态传热过程。 1 ）稳态传热过程（定常过程）
凡是物体中各点温度不随时间而变的热传递 过程均称稳态传热过程。
2 ）非稳态传热过程（非定常过程） 凡是物体中各点温度随时间的变化而变化
的热传递过程均称非稳态传热过程。 各种热力设备在持续不变的工况下运行时
的热传递过程属稳态传热过程；而在启动、停 机、工况改变时的传热过程则属 非稳态传热 过程。
3 、传热过程的计算
针对稳态的传热过程，即 Q=const
如图 1- 3 ，其传热环节有三种情况，则其
热流量的表达式如下：
Ah1 t f 1 tw1
A
t w1
tw2
Ah2 tw2 t f 2
（a） （b） （c）
将式（a）、（b）、（c）改写成温差的形 式：
第一章
绪
论
§1-0 概 述
传热学第七章
: 频率 : 波长
C : 电磁波传播速度
在真空中，C 3 108 m / s 在大气中，略低于此值
第七章 辐射传热
第一节 基本概念 一、热辐射的本质
3、波长范围（如图7-1所示）
图7-1 电磁波谱
第七章 辐射传热
第一节 基本概念 一、热辐射的本质
3、波长范围（如图7-1所示）
（1）热辐射产生的电磁波称为热射线。从理论上讲，其波长 包括整个电磁波谱，即波长从零到无穷大。 （2）实用中，通常把波长在0.1～100μm范围内的电磁波称为 热射线。它包括部分紫外线、全部可见光和部分红外线： ①部分紫外线（0.1～0.38μm） 热射线（0.1～100μm） ②全部可见光（0.38～0.76μm） ③部分红外线（0.76～100μm）
第七章 辐射传热
第一节 基本概念 五、黑体、白体和透明体
1、理想模型 （1）把吸收比α=1的物体称为绝对黑体，简称黑体。 （2）把反射比ρ=1的物体称为绝对白体，简称白体。
（3）把透射比σ=1的物体称为绝对透明体，简称透明体
※ 黑体、白体、透明体都是理想模型，
是理论研究的基础，自然界中并不存在。
第七章 辐射传热
第七章 辐射传热
第二节 黑体辐射的基本定律 二、普朗克定律
⑤当黑体的T＞800K时，其辐射能中才明显地具有波长为 0.38～0.76μm的可见光射线。
※随着温度的升高，可见光射线增加。
※当温度达到5800K时，Ebλ的峰值才位于可见光范围。 ※太阳可近似认为是表面温度为5800K的黑体，根据计算，
图7-3 物体表面的反射 a)镜面反射；b）漫反射
第七章 辐射传热
第一节 基本概念 四、漫射表面
1、当物体表面较光滑，其粗糙不平的尺度小于热射线的波长时， 物体表面对投射辐射呈镜面反射，入射角等于反射角，该表 面称为镜面，如图7-3a)所示。 2、当物体表面粗糙不平的尺度大于热射线的波长时，物体表面 对投射辐射呈漫反射，其吸收比大于镜面，该表面称为漫反 射表面，如图7-3b)所示。 ※一般工程材料的表面均可近似作为漫反射表面。 3、若漫反射表面同时能向周围半球空间均匀发射辐射能，则称 该表面为漫射表面。
C : 电磁波传播速度
在真空中，C 3 108 m / s 在大气中，略低于此值
第七章 辐射传热
第一节 基本概念 一、热辐射的本质
3、波长范围（如图7-1所示）
图7-1 电磁波谱
第七章 辐射传热
第一节 基本概念 一、热辐射的本质
3、波长范围（如图7-1所示）
（1）热辐射产生的电磁波称为热射线。从理论上讲，其波长 包括整个电磁波谱，即波长从零到无穷大。 （2）实用中，通常把波长在0.1～100μm范围内的电磁波称为 热射线。它包括部分紫外线、全部可见光和部分红外线： ①部分紫外线（0.1～0.38μm） 热射线（0.1～100μm） ②全部可见光（0.38～0.76μm） ③部分红外线（0.76～100μm）
第七章 辐射传热
第一节 基本概念 五、黑体、白体和透明体
1、理想模型 （1）把吸收比α=1的物体称为绝对黑体，简称黑体。 （2）把反射比ρ=1的物体称为绝对白体，简称白体。
（3）把透射比σ=1的物体称为绝对透明体，简称透明体
※ 黑体、白体、透明体都是理想模型，
是理论研究的基础，自然界中并不存在。
第七章 辐射传热
第七章 辐射传热
第二节 黑体辐射的基本定律 二、普朗克定律
⑤当黑体的T＞800K时，其辐射能中才明显地具有波长为 0.38～0.76μm的可见光射线。
※随着温度的升高，可见光射线增加。
※当温度达到5800K时，Ebλ的峰值才位于可见光范围。 ※太阳可近似认为是表面温度为5800K的黑体，根据计算，
图7-3 物体表面的反射 a)镜面反射；b）漫反射
第七章 辐射传热
第一节 基本概念 四、漫射表面
1、当物体表面较光滑，其粗糙不平的尺度小于热射线的波长时， 物体表面对投射辐射呈镜面反射，入射角等于反射角，该表 面称为镜面，如图7-3a)所示。 2、当物体表面粗糙不平的尺度大于热射线的波长时，物体表面 对投射辐射呈漫反射，其吸收比大于镜面，该表面称为漫反 射表面，如图7-3b)所示。 ※一般工程材料的表面均可近似作为漫反射表面。 3、若漫反射表面同时能向周围半球空间均匀发射辐射能，则称 该表面为漫射表面。
传热学基本知识ppt课件
普朗克公式
用于计算黑体辐射出射度随波长的分 布，公式为M(λ,T)=c1λ^5/(e^(c2/λT)-1)，其中c1和c2为普朗 克常数。
05
传热过程与换热器设计
传热过程分析
热量传递的三种基本 方式：导热、对流和 辐射。
一维稳态导热问题的 解析解：平壁、圆筒 壁导热。
传热过程的数学描述 ：传热微分方程、定 解条件。
换热器类型及其工作原理
1 2
换热器的分类
按传热原理、结构形式、操作过程等分类。
常见换热器类型及其工作原理
管壳式换热器、板式换热器、热管换热器等。
3
换热器的性能评价
传热系数、压力降、热效率等。
换热器设计方法与优化措施
换热器设计的基本步骤
01
确定设计条件、选择换热器类型、计算传热面积、确定结构尺
寸等。
流体的流动状态（层流 或湍流）对对流换热系 数有显著影响。湍流状 态下的对流换热系数通 常比层流状态下高。
温度梯度越大，对流换 热系数越高。因为较大 的温度梯度会导致流体 内部产生更强烈的密度 差异和流动。
固体壁面的形状、粗糙 度以及表面条件（如氧 化、涂层等）也会影响 对流换热系数。
04
热辐射基本知识
到高温热源中释放热量，实现节能和环保。传热学在热泵技术的设计和
应用中起到重要作用。
环境保护领域应用案例
大气污染控制
传热学在大气污染控制设备如脱硫脱硝装置、除尘器等的 设计和运行中起到重要作用，提高污染物的去除效率。
废水处理
废水处理过程中涉及热量的传递和转化，传热学原理在废 水处理设备的设计和优化中起到关键作用，提高废水处理 效率。
对流换热系数及其影响因素
对流换热系数定义
传热学基础(第二版)第七章教学课件 辐射换热
9/84
黑体的吸收率 1 ， 这意味着黑体能够全部吸收 各种波长的辐射能。尽管在 自然界并不存在黑体，但用 人工的方法可以制造出十分 接近于黑体的模型。让我们 来阐述黑体模型的原理。取 用工程材料(它的吸收率必然 小于黑体)制造一个空腔，使 空腔壁面保持均匀的温度， 并在空腔壁上开一个小孔。
斯蒂芬—玻尔兹曼定律揭示了黑体辐射 力正比于其绝对温度的四次方的规律，故又 称四次方定律。式中，σb为黑体辐射常数， 其值为5.67×10-8W/(㎡· K4)。为了高温时计 算上的方便，通常把式(7-8)改写成如下形式
T Eb C b 100
4
W/㎡
(7-9)
式中，Cb称为黑体辐射系数，其值为5.67 W/(㎡· K4)。
17/84
例题7-1 试分别计算温度为2000K和5800K的黑体的 最大单色辐射力所对应的波长λm。 解 可直接应用式(7-7)计算：
2.9 108 T=2000K时， m 2000 1.45m
T=5800K时，
2.9 103 m 0.50m 5800
18/84
15/84
细心观察图7-6上的曲
线可以发现，曲线的
峰值随着温度的升高
移向较短的波长。
16/84
对应于单色辐射力峰值的波长λm与绝对温
度T之间存在着如下的关系
mT 2.8976 10 2.9 10 m K
3 3
此式表达的波长λm与绝对温度成反比 的规律，称为维恩位移定理。它在高温测 量技术中有应用。
11/84
在热辐射的整个波谱内， 不同波长发射出的辐射能 是不同的。典型的例子如 图7-6所示。图上每条曲线 下的总面积表示相应温度 下黑体的辐射力。对特定 波长 λ来说，从波长 λ到 λ +dλ 区间发射出的能量为 Eλdλ，参看图中有阴影的 面积(图中以T=1000K为例 示出)。
黑体的吸收率 1 ， 这意味着黑体能够全部吸收 各种波长的辐射能。尽管在 自然界并不存在黑体，但用 人工的方法可以制造出十分 接近于黑体的模型。让我们 来阐述黑体模型的原理。取 用工程材料(它的吸收率必然 小于黑体)制造一个空腔，使 空腔壁面保持均匀的温度， 并在空腔壁上开一个小孔。
斯蒂芬—玻尔兹曼定律揭示了黑体辐射 力正比于其绝对温度的四次方的规律，故又 称四次方定律。式中，σb为黑体辐射常数， 其值为5.67×10-8W/(㎡· K4)。为了高温时计 算上的方便，通常把式(7-8)改写成如下形式
T Eb C b 100
4
W/㎡
(7-9)
式中，Cb称为黑体辐射系数，其值为5.67 W/(㎡· K4)。
17/84
例题7-1 试分别计算温度为2000K和5800K的黑体的 最大单色辐射力所对应的波长λm。 解 可直接应用式(7-7)计算：
2.9 108 T=2000K时， m 2000 1.45m
T=5800K时，
2.9 103 m 0.50m 5800
18/84
15/84
细心观察图7-6上的曲
线可以发现，曲线的
峰值随着温度的升高
移向较短的波长。
16/84
对应于单色辐射力峰值的波长λm与绝对温
度T之间存在着如下的关系
mT 2.8976 10 2.9 10 m K
3 3
此式表达的波长λm与绝对温度成反比 的规律，称为维恩位移定理。它在高温测 量技术中有应用。
11/84
在热辐射的整个波谱内， 不同波长发射出的辐射能 是不同的。典型的例子如 图7-6所示。图上每条曲线 下的总面积表示相应温度 下黑体的辐射力。对特定 波长 λ来说，从波长 λ到 λ +dλ 区间发射出的能量为 Eλdλ，参看图中有阴影的 面积(图中以T=1000K为例 示出)。
传热学第七章凝结与沸腾换热课件
dp dx
0
u
x
v y
0
l (u
u x
v
u y
)
dp dx
l g
l
2u y 2
u
t x
v
t y
al
2t y 2
考虑（5） 膜内温度线性分布，即热量转移只有导热
u t v t 0 x y
7
只有u 和 t 两个未知量，于 是，上面得方程组化简为：
l g
l
2u y 2
0
al
2t y 2
0
26
为此，书中分别推荐了两个计算式 （1）对于水的大容器饱和核态沸腾，教材推荐适用米海
耶夫公式，压力范围：105～4106 Pa
h C1t 2.33 p0.5 C1 0.122 W (m N 0.5 K 3.33)
按 q ht
h C2q0.7 p0.15
C2 0.533W 0.3 (m0.3 N 0.15 K)
第六章我们分析了无相变的对流换热，包括强制对 流换热和自然对流换热 下面我们即将遇到的是有相变的对流换热，也称之为 相变换热，目前涉及的是凝结换热和沸腾换热两种。 相变换热的特点：由于有潜热释放和相变过程的复 杂性，比单相对流换热更复杂，因此，目前，工程 上也只能助于经验公式和实验关联式。
1
7-1 凝结换热
17
6. 管内冷凝 此时换热与蒸气的流速关系很大。 蒸气流速低时，凝结液主要在管子底部，蒸气则位于 管子上半部。 流速较高时，形成环状流动，凝结液均匀分布在管子 四周，中心为蒸气核。
18
7. 凝结表面的几何形状
❖ 强化凝结换热的原则是 尽量减薄粘滞在换热表 面上的液膜的厚度。
❖ 可用各种带有尖峰 的表面使在其上冷 凝的液膜拉薄，或 者使已凝结的液体 尽快从换热表面上 排泄掉。
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• 各类食品中的主要成分是水，因而远红外加热 是一种比较理想的加热手段。
物体对热射线的反应
• 当热辐射的能量投射到物体表面上时，和可见 光一样，物体也会对热辐射发生吸收、反射和 穿透现象。
• 插入图：物体对热辐射的吸收、反射和穿透 • 根据能量守恒定律有
Q Qa Q Q
Qa Q Q 1 QQQ
红外线的分类和应用
• 红外线又有远红外和近红外之分，大体上以25 为限，波长在25以下的红外线称为近红外线， 25以上的称为远红外线。
• 20世纪70年代初期发展起来的远红外加热技术， 就是利用远红外线来加热物体的。
• 远红外线可穿过塑料、玻璃及陶瓷制品，但却 会被像水那样的具有极性分子的物体所吸收， 在物体内部产生热源，从而使物体比较均匀的 得到加热。
热射线的波长范围
• 从理论上说，物体热辐射的电磁波也可以包括 整个波谱，即波长从零到无穷大。
• 然而，在工业上所遇到的温度范围内，即 2000K以下，有实际意义的热辐射波长位于 0.38～100之间，且大部分能量位于红外线区段 的0.76～20范围内，所以热射线人们的眼睛是 看不见的。
• 如果我们把温度的范围扩大到太阳辐射。情况 就会有变化。太阳的表面温度大约微5800K， 太阳辐射的主要能量集中在0.2～2的波长范围， 其中可见光区段占有很大的比重。
热辐射的机理
• 由于物体内部微观粒子在不停的进行着热运动，当其 运动状态发生改变时会激发出电磁波，从而产生热量 的传递。
• 只要物体的温度高于“绝对零度”，物体内部的分子 就在不停地进行热运动，就会不断地产生电磁波，向 外发出热辐射。
• 同时，物体也不断地吸收周围物体投射到它上面的热 辐射，并把吸收的辐射能重新转变成热能。
• 光谱辐射力与波长有 关。即在同一温度下， 当波长不同时，其光 谱辐射力不同；
• 光谱辐射力与温度有 关。即在同一波长下， 当温度不同时，其光 谱辐射力不同,而且温 度越高，同样条件下 光谱辐射力越大；
几个定义
•
吸收比：
被物体吸收的辐射能 外界投入到该物体上的 能量
Q Q
•
反射比：
被物体反射的辐射能 外界投入到该物体上的 能量
Q Q
•
穿透比：
穿过物体的辐射能 外界投入到该物体上的
能量
Q Q
不同物体对热辐射的反应
• 对某一物体而言，当 辐射能投入到其表面 后，一定满足
• 当物体为固体或液体 时，满足
第二节 黑体辐射的基本定律
• 本节着重介绍黑体辐射的三个基本定律， 它们分别是：
（1）表征黑体总辐射能力的斯蒂芬——玻 耳兹曼定律；
（2）表征黑体在某一波长时辐射能力大小 的普朗克定律；
（3）表征黑体在某一方向上辐射能力大小 的兰贝克定律。
两个基本概念
• 辐射力——单位时间内物体的单位表面积向半 球空间所有方向发射出去的全部波长的辐射能
人工黑体
• 尽管在自然界并不存在黑体，但用人工的方法 可以制造出十分接近黑体的模型。
• 选用吸收比小于1的材料制造一个空腔，并在 空腔壁面上开一个小孔,再设法使空腔壁面维持 均匀的温度，这时空腔上的小孔就具有黑体的 特性。这种带有小孔的温度均匀的空腔就是一 个黑体的模型。
• 小孔面积占空腔内壁总面积的份额越小，小孔 的吸收比就越高。若小孔占内壁面积小于0.6％， 当内壁吸收比为0.6时，计算表明，小孔的吸收 比可大于0.996。
系：
c f
c ：电磁波的传播速度，m/s ；
• f ：频率，s1； • ：波长，单位为m ，常用单位为 μm（微米），。
电磁波的波谱
• 电磁波的波长范围成为电磁波的波谱。
• 在整个波谱范围内可以将电磁波进行命名。
• 插入波谱图。
• 从理论上说，物体热辐射的电磁波也可以包括 整个波谱，即波长从零到无穷大。
• 当物体为气体时，满 足
a 1
a 1
a 1
几种特殊表面的定义
• 绝对黑体：吸收比为1的物体称为绝对黑体， 简称黑体。
• 透热体（透明体）：透射比为1的物体称为透 热体或透明体。
• 绝对白体：反射比为1的物体称为绝对白体或 者镜体，当物体表面为漫反射表面时称为绝对 白体；当物体表面为镜反射表面时称为镜体。
第一节 热辐射的基本概念
• 辐射是电磁波传递能量的现象。 • 按照产生电磁波的不同原因可以得到不同频率
的电磁波。高频振荡电路产生的电波就是一种 电磁波。此外还有红外线、可见光、紫外线、 X射线及γ射线等各种电磁波。 • 由于热的原因而产生的电磁波辐射称为热辐射 （热辐射这一名词有时也指热辐射传递能量的 过程）。
的总量，称为物体的辐射力，辐射力用符号E
表表示 示， 。其 辐单 射位 力为从总W体/m2上。表对征于了黑物体体，发辐射射辐力射用能Eb 的本领。
• 光谱辐射力（单色辐射力）——单位时间内物 体的单位表面积向半球空间所有方向发射出去 的在包含 的单位波长范围内的辐射能，称为 光谱辐射力，用符号 E 表示，其单位为 W/m3 。 黑体的光谱辐射力用 Eb 表示。
• 演示：黑体模型
黑体在辐射换热中的作用
• 黑体在热辐射分析中有其特殊的重要性。
• 下节的讨论将表明：在相同温度的物体中，黑 体的辐射能力最大。
• 在研究黑体辐射的基础上，我们处理其他物体 辐射的思路是：把其他物体的辐射和黑体辐射 相比较，从中找出其与黑体辐射的偏离，然后 确定必要的修正系数，本章下面的讨论将按照 这一思路来进行。
第七章 热辐射基本 定律及物体的 辐射特性
• 热辐射是三种基本热量传递方式之一。
• 热辐射是通过电磁波来传递能量的。
• 热辐射的机理与导热和对流不同，它是非接触 式的热量传递。
• 本章，我们将首先从电磁辐射的观点来认识热 辐射的本质及辐射能量传递过程中的一些特点， 然后着重讨论热辐射的几个基本定律，最后介 绍实际物体（固体和液体）的辐射特性，以便 为下一章讨论辐射的计算打下基础。
• 辐射换热就是指物体之间相互辐射和吸收的总效果。
• 当物体与环境处于热平衡时，其表面上的热辐射仍在 不停地进行，只是其辐射换热量等于零。
热辐射的特点
• 热辐射具有一般辐射现象的共性。 • 例如，各种电磁波都以光速在空间传播，这是
电磁波辐射的共性，热辐射也不例外。 • 电磁波的速度、波长和频率之间存在如下的关
物体对热射线的反应
• 当热辐射的能量投射到物体表面上时，和可见 光一样，物体也会对热辐射发生吸收、反射和 穿透现象。
• 插入图：物体对热辐射的吸收、反射和穿透 • 根据能量守恒定律有
Q Qa Q Q
Qa Q Q 1 QQQ
红外线的分类和应用
• 红外线又有远红外和近红外之分，大体上以25 为限，波长在25以下的红外线称为近红外线， 25以上的称为远红外线。
• 20世纪70年代初期发展起来的远红外加热技术， 就是利用远红外线来加热物体的。
• 远红外线可穿过塑料、玻璃及陶瓷制品，但却 会被像水那样的具有极性分子的物体所吸收， 在物体内部产生热源，从而使物体比较均匀的 得到加热。
热射线的波长范围
• 从理论上说，物体热辐射的电磁波也可以包括 整个波谱，即波长从零到无穷大。
• 然而，在工业上所遇到的温度范围内，即 2000K以下，有实际意义的热辐射波长位于 0.38～100之间，且大部分能量位于红外线区段 的0.76～20范围内，所以热射线人们的眼睛是 看不见的。
• 如果我们把温度的范围扩大到太阳辐射。情况 就会有变化。太阳的表面温度大约微5800K， 太阳辐射的主要能量集中在0.2～2的波长范围， 其中可见光区段占有很大的比重。
热辐射的机理
• 由于物体内部微观粒子在不停的进行着热运动，当其 运动状态发生改变时会激发出电磁波，从而产生热量 的传递。
• 只要物体的温度高于“绝对零度”，物体内部的分子 就在不停地进行热运动，就会不断地产生电磁波，向 外发出热辐射。
• 同时，物体也不断地吸收周围物体投射到它上面的热 辐射，并把吸收的辐射能重新转变成热能。
• 光谱辐射力与波长有 关。即在同一温度下， 当波长不同时，其光 谱辐射力不同；
• 光谱辐射力与温度有 关。即在同一波长下， 当温度不同时，其光 谱辐射力不同,而且温 度越高，同样条件下 光谱辐射力越大；
几个定义
•
吸收比：
被物体吸收的辐射能 外界投入到该物体上的 能量
Q Q
•
反射比：
被物体反射的辐射能 外界投入到该物体上的 能量
Q Q
•
穿透比：
穿过物体的辐射能 外界投入到该物体上的
能量
Q Q
不同物体对热辐射的反应
• 对某一物体而言，当 辐射能投入到其表面 后，一定满足
• 当物体为固体或液体 时，满足
第二节 黑体辐射的基本定律
• 本节着重介绍黑体辐射的三个基本定律， 它们分别是：
（1）表征黑体总辐射能力的斯蒂芬——玻 耳兹曼定律；
（2）表征黑体在某一波长时辐射能力大小 的普朗克定律；
（3）表征黑体在某一方向上辐射能力大小 的兰贝克定律。
两个基本概念
• 辐射力——单位时间内物体的单位表面积向半 球空间所有方向发射出去的全部波长的辐射能
人工黑体
• 尽管在自然界并不存在黑体，但用人工的方法 可以制造出十分接近黑体的模型。
• 选用吸收比小于1的材料制造一个空腔，并在 空腔壁面上开一个小孔,再设法使空腔壁面维持 均匀的温度，这时空腔上的小孔就具有黑体的 特性。这种带有小孔的温度均匀的空腔就是一 个黑体的模型。
• 小孔面积占空腔内壁总面积的份额越小，小孔 的吸收比就越高。若小孔占内壁面积小于0.6％， 当内壁吸收比为0.6时，计算表明，小孔的吸收 比可大于0.996。
系：
c f
c ：电磁波的传播速度，m/s ；
• f ：频率，s1； • ：波长，单位为m ，常用单位为 μm（微米），。
电磁波的波谱
• 电磁波的波长范围成为电磁波的波谱。
• 在整个波谱范围内可以将电磁波进行命名。
• 插入波谱图。
• 从理论上说，物体热辐射的电磁波也可以包括 整个波谱，即波长从零到无穷大。
• 当物体为气体时，满 足
a 1
a 1
a 1
几种特殊表面的定义
• 绝对黑体：吸收比为1的物体称为绝对黑体， 简称黑体。
• 透热体（透明体）：透射比为1的物体称为透 热体或透明体。
• 绝对白体：反射比为1的物体称为绝对白体或 者镜体，当物体表面为漫反射表面时称为绝对 白体；当物体表面为镜反射表面时称为镜体。
第一节 热辐射的基本概念
• 辐射是电磁波传递能量的现象。 • 按照产生电磁波的不同原因可以得到不同频率
的电磁波。高频振荡电路产生的电波就是一种 电磁波。此外还有红外线、可见光、紫外线、 X射线及γ射线等各种电磁波。 • 由于热的原因而产生的电磁波辐射称为热辐射 （热辐射这一名词有时也指热辐射传递能量的 过程）。
的总量，称为物体的辐射力，辐射力用符号E
表表示 示， 。其 辐单 射位 力为从总W体/m2上。表对征于了黑物体体，发辐射射辐力射用能Eb 的本领。
• 光谱辐射力（单色辐射力）——单位时间内物 体的单位表面积向半球空间所有方向发射出去 的在包含 的单位波长范围内的辐射能，称为 光谱辐射力，用符号 E 表示，其单位为 W/m3 。 黑体的光谱辐射力用 Eb 表示。
• 演示：黑体模型
黑体在辐射换热中的作用
• 黑体在热辐射分析中有其特殊的重要性。
• 下节的讨论将表明：在相同温度的物体中，黑 体的辐射能力最大。
• 在研究黑体辐射的基础上，我们处理其他物体 辐射的思路是：把其他物体的辐射和黑体辐射 相比较，从中找出其与黑体辐射的偏离，然后 确定必要的修正系数，本章下面的讨论将按照 这一思路来进行。
第七章 热辐射基本 定律及物体的 辐射特性
• 热辐射是三种基本热量传递方式之一。
• 热辐射是通过电磁波来传递能量的。
• 热辐射的机理与导热和对流不同，它是非接触 式的热量传递。
• 本章，我们将首先从电磁辐射的观点来认识热 辐射的本质及辐射能量传递过程中的一些特点， 然后着重讨论热辐射的几个基本定律，最后介 绍实际物体（固体和液体）的辐射特性，以便 为下一章讨论辐射的计算打下基础。
• 辐射换热就是指物体之间相互辐射和吸收的总效果。
• 当物体与环境处于热平衡时，其表面上的热辐射仍在 不停地进行，只是其辐射换热量等于零。
热辐射的特点
• 热辐射具有一般辐射现象的共性。 • 例如，各种电磁波都以光速在空间传播，这是
电磁波辐射的共性，热辐射也不例外。 • 电磁波的速度、波长和频率之间存在如下的关