辐射传热专题

依靠电磁波辐射实现热冷物体间热量传递的过程，是一种非接触式传热，在真空中也能进行。物体发出的电磁波，理论上是在整个波谱范围内分布，但在工业上所遇到的温度范围内，有实际意义的是波长位于0.38～1000μm之间的热辐射,而且大部分位于红外线(又称热射线)区段中0.76～20μm的范围内。所谓红外线加热,就是利用这一区段的热辐射。研究热辐射规律，对于炉内传热的合理设计十分重要，对于高温炉操作工的劳动保护也有积极意义。当某系统需要保温时，即使此系统的温度不高，辐射传热的影响也不能忽视。如保温瓶胆镀银，就是为了减少由辐射传热造成的热损失。

二、特点

① 不需要物体直接接触。热辐射不需中间介质，可以在真空中传递，而且在真空中辐射能的传递最有效。 

② 在辐射换热过程中，不仅有能量的转换，而且伴随有能量形式的转化。 

③ 只要温度大于零就有能量辐射。不仅高温物体向低温物体辐射热能，而且低温物体向高温物体辐射热能。 

对于大多数的固体和液体：

对于不含颗粒的气体：

三、为研究辐射特性可提出以下理想辐射模型：

黑 体：α=1  ρ=0  τ=0；

白 体：α=0  ρ=1  τ=0；

透明体: α=0  ρ=0   τ=1。

四、基本概念

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) 。

光谱辐射力Eλ：单位时间内单位表面积向其上的半球空间的所有方向辐射出去的包含波长λ在内的单位波长内的能量称为光谱辐射力(W/m2m) 。

五、基本定律

普朗克定律  ：    

式中，λ— 波长，m ；  T — 黑体温度，K ；

      c1 — 第一辐射常数，3.7419×10-16 Wm2；

      c2 — 第二辐射常数，1.4388×10-2 WK；  

斯蒂芬—玻尔兹曼机定律：

式中，σ= 5.67×10-8 w/(m2K4), c0＝ 5.67w/(m2K4) 

维恩位移定律：    

兰贝特定律：

1、立体角

      定义：立体角为一空间角，即被立体角所切割的球面面积除以球半径的平方称为立体

            角，单位：sr( 球面度 )。

2 定向辐射强度I 

    定义：单位可见面积发射出去的落在空间任意方向的单位立体角中的能量。 

六、典型例题

例、如图所示的真空辐射炉，球心处有一黑体加热元件，试指出①，②，③3处中何处定向辐射强度最大?何处辐射热流最大?假设①，②，②处对球心所张立体角相同。 

答：由黑体辐射的兰贝特定律知，定向辐射强度与方向无关。故Il＝I2=I3。而三处对球心立体角相当，但与法线方向夹角不同，θ1＞θ2＞θ3。所以①处辐射热流最大，③处最小。

例3、半径为0.3m的半球覆盖在圆平面上，平面和半球面均为黑表面，而且半球面2的外侧保温绝热。平面又分为表面1和表面3。表面1占3/4，温度保持800K表面占1/4。温度保持500K。问：表面2温度是度少？

解:由几何形状知:      

    由相对性得：  

则  则得: 

    角系数完整性得：   所以

     由于，所以表面1,3间的总辐射热阻等于表面1,2和表面3,2间的阻之和。

    由  整理得： 

    解得：