化工原理讲稿(上册)-应化第七章管式加热炉.ppt

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1、第七章 辐射传热与管式加热炉第一节 热辐射的基本概念一、热辐射的特性二、热辐射的吸收、反射和透过三、黑体的定义四、物体的辐射能力、辐射强度①在传递过程中不需要任何介质;②热辐射过程中不仅有热量的转移过程,而且还有能量形式的转换;③任何物质,只要T>0K,均可辐射热量;一、热辐射的特性第一节 热辐射的基本概念辐射:用电磁波传递能量的过程特点:电磁辐射波谱:辐射线名称宇宙射线伽马射线伦琴射线紫外线可见光红外线无线电波波长/μm<1×10-71×10-7~1×10-51×10-5~2×10-22×10-2~0.380

2、.38~0.760.76~1×1031×103~2×1010热射线第一节 热辐射的基本概念二、热辐射的吸收、反射和透过:定义:α=Qα/Q吸收率ρ=Qρ/Q反射率τ=Qτ/Q透过率第一节 热辐射的基本概念⒈吸收率α、反射率ρ和透过率τQ=Qα+Qρ+Qτ或Qα/Q+Qρ/Q+Qτ/Q=1α+ρ+τ=1⒉说明:a.凡是善于反射的物体就一定不能很好的吸收热辐射;b.对热射线的反射和吸收有重大影响的,不是表面的颜色,而是表面的状况;c.镜反射;漫反射d.ρ=1,α=τ=0,全反射体,又称绝对白体或镜体;τ=1,α=ρ

3、=0:透明体,如空气;α=1,ρ=τ=0:黑体第一节 热辐射的基本概念三、黑体的定义:黑表面:能全部吸收投射到它表面上的热辐射的表面。黑体:具有黑表面的物体,称为绝对黑体,或简称黑体,用下标“0”表示说明:①自然界中并不存在真正的绝对黑体;②黑体模型:第一节 热辐射的基本概念四、物体的辐射能力、辐射强度:⒈物体的辐射能力E定义:物体单位表面积、单位时间向半球空间所有方向发射的全部波长(λ=0~∞)的总辐射能,称为物体的辐射能力又称半球辐射能力或自身辐射W/m2说明:①E与表面的性质、温度有关:T↑→E↑;②相同

4、的温度下,黑体的辐射能力最大。第一节 热辐射的基本概念定义:物体在λ至λ+Δλ的波段内的辐射能力W/m3说明:①Eλ反映了物体的辐射能力随λ(0-∞)的分布情况:②Eλ=f(波长,T,表面状况)第一节 热辐射的基本概念⒉单色辐射能力Eλ:立体角:物体表面dA对辐射面所张开的角度立体角的大小为球面面积dA与球的半径R2的比值,单位为球面度,以Sr表示第一节 热辐射的基本概念⒊立体角和辐射强度辐射强度:物体单位表面积、单位时间内向空间单位     立体角所发射的全部波长的辐射能W/(m2·sr)说明:①dω-物体向

5、给定方向发射能量所占据的立      体角,sr(球面度);②E与I的关系为:第一节 热辐射的基本概念第二节黑体辐射的基本定律一、普朗克(Planck)定律-黑体辐射能力按波长的分布规律二、斯蒂芬-波尔兹曼(Stefan-Boltzman)定律-黑体辐射能力与温度的关系三、兰贝特(Lambert)定律-余弦定率一、普朗克(Planck)定律:黑体的单色辐射能力与波长及温度的定量关系:式中:λ-黑体辐射的波长,m;T-黑体的绝对温度,K;C1、C2-普朗克常数,C1=3.743×10-16W·m2;C2=1.43

6、87×10-2m·K;E0λ-黑体的单色辐射能力,W/m2。第二节黑体辐射的基本定律讨论:①黑体的E0λ与表面形状无关,E0λ=f(λ,T);②如图:当λ→0或λ→∞时,Eoλ→0;同一波长下,T↑→E0λ↑;第二节黑体辐射的基本定律③在全部波长范围内单色辐射能力有且只有一个最大值。微分,令:--维恩(Wien)位移定律故:黑体单色辐射能力的最大值随着其温度的升高向波长较短的一边移动。第二节黑体辐射的基本定律可凭借火焰的颜色来判断火焰的温度:温 度℃7009001100>1400火 焰颜 色暗红樱桃红橙黄白色炽

7、热体太阳表面:T≈6000K,可见光范围;工业温度(约2000℃):集中在λ=0.8~10μm的红外线           波段内。第二节黑体辐射的基本定律二、斯蒂芬-波尔兹曼(Stefan-Boltzman)定律:黑体的全波长辐射能力:积分后:式中:σ0-黑体辐射常数,σ0=5.67×10-8W/(m2·K4)C0=5.67故:E0∝T4,高温时不能忽略辐射传热。第二节黑体辐射的基本定律三、兰贝特定律—余弦定律:内容:黑表面向任一方向发射的辐射强度等于法线方向上的辐射强度与法线方向与该方向夹角的余弦的乘积I0

8、n—黑体的微元面积dA在法线方向上的辐射强度,W/(m2·sr);Φ—给定方向与法线方向的夹角,sr第二节黑体辐射的基本定律说明:②当φ=0时,Iφ=0=I0n,辐射强度最大;当φ=90º时,Iφ=90º=0;③I0n和E0的关系:上式说明:E0为Ion的π倍;①兰贝特定律又称余弦定律;第二节黑体辐射的基本定律④遵循兰贝特定律的表面称为兰贝特表面,黑体表面就是一个兰贝特表面;⑤以上三个

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