【文章內(nèi)容簡介】 系數(shù) Cm/ 2 ?? λα 對F、氣體沿平面流動時的給熱系數(shù) 對光滑面： Nu= 通常用更簡單的形式 : Cm/K WC 2n20 ???? ωα 對44 自然對流 A、影響自然對流給熱的主要因素 產(chǎn)生自然對流的原因是因為固體表面的溫 度大于周圍大氣的溫度而使大氣形成了自然循環(huán)。因此，固體表面與大氣間的溫度差是影響自然對流的主要因素。 上熱面（如爐頂）的循環(huán)比較容易，故自然對流的能力較強；下熱面（架空爐底）的循環(huán)更難，故它的自然對流能力最差。顯然，固體表面的存在位置是影響自然對流的因素之一。 總之，自然對流主要受固體表面與流體的溫度差和固體表面存在位置的影響。因此，自然對流給熱系數(shù)也多由表示這兩個影響因素的參數(shù)所組成 45 B、固體表面向無限空間的自然對流 準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式的具體形式為 :Nu＝ C(GrPr)n 定性溫度：采用邊界層的平均溫度 tm＝ 1/2(tω+tf)，此處 tω為壁面溫度， tf為遠(yuǎn)離壁面的流體溫度。 適用于任何液體和氣體以及任何形狀和大小的物體，也可以用來計算橫板的放熱。 必須指出：在紊流放熱過程中， n＝ 1/3，于是 Gr與Nu中的定型尺寸可以相消，故自然流動紊流放熱與定型尺寸無關(guān)。 當(dāng) Pr作為常數(shù)處理時，可以采用簡化計算式，它們適用于常溫常壓下的空氣自然運動放熱。 46 輻射傳熱 熱輻射的基本概念 輻射傳熱 ：物體的熱能變?yōu)殡姶挪ǎㄝ椛淠埽┫蛩闹軅鞑?，?dāng)輻射能落到其它物體上被吸收后又變?yōu)闊崮?，這一過程稱為輻射傳熱。 輻射傳熱特殊的 規(guī)律 ： (1)任何物體只要溫度高于絕對零度，產(chǎn)生電磁波，傳遞能量。 (2)輻射傳熱不需要任何介質(zhì)，在真空中同樣可以傳播，而且熱量的傳遞過程伴隨有能量形式的轉(zhuǎn)變（即熱能 → 輻射能 → 熱能）。 熱射線：把波長在 1— 100181。m的能夠進行輻射傳熱的電磁波 (如可見光波和紅外線 )稱為熱射線。這種輻射稱為熱輻射。 熱輻射是一切物體的固有特性 。 47 物體輻射傳熱的三種情況： 吸收 熱能 低溫物體 熱能 高溫物體 輻射能流（熱射線） Q QR QD QA 穿透 與中間介質(zhì)無關(guān)而由電磁波傳輸 反射 根據(jù)能量守恒的關(guān)系可知 : QA＋ QR＋ QD＝ Q 兩邊同除以 Q: 1 DRA ???QA/Q表示物體對熱輻射的吸能力，稱吸收率 (A)； QR/Q表示物體對熱輻射的反射能力 ,稱反射率 (R)； QD/Q表示物體對熱輻射的透過能力 ,稱透過率 (D)。 48 即 : A+R+D＝ 1 (1)若 A＝ 1，即 R＋ D＝ 0，對外來的熱輻射全部吸收則該物 “絕對黑體”或“黑體”。 (2)若 R=1，即 A+D＝ 0，對外來的熱輻射能全部反射， “絕對白體”或“白體”。 (3)若 D＝ 1，即 A+R＝ 0，對外來的熱輻射能全部透過 “絕對透過體”或“透熱體”。 注意： 在自然界中，絕對黑體，絕對白體和絕對透熱體是不存在的。 不能把“黑體”、“白體”、“透熱體”與黑色物體，白色物體，透明物體混淆起來，前者是對熱射線而言，后者是對可見光而言。 物體對輻射能吸收，反射和透過的能力，取決于物體的性質(zhì)，表面狀況，溫度及熱射線的波長等。 49 輻射的基本定律 普朗克定律 給出了黑體的單色輻射力 Eλ 與波長和絕對溫度的關(guān)系。 表達式： 式中： E0λ—— 絕對黑體（符號“ 0”表示絕對黑體）在溫度為 T， K，波長為 λ的單一波長的輻射強度或稱單色輻射強度，其單位為 W/m2； e—— 自然對數(shù)的底； C1,C2—— 實驗常數(shù)， 其中 C1= 10ˉ16 Wm2； C2＝ l02 mK； λ—— 波長， m或 181。m。 1eCET/c510 2 ???λλλ50 (1)當(dāng) λ=0時， E0λ＝ 0；隨著 λ的增加， E0λ也跟著增大；當(dāng) λ增大到某一數(shù)值時， E0λ為最大值；然后又隨著 λ的增加而減少，至 λ=∞時，又重新降至零。 對應(yīng)于這一最大值的波長 λmax與溫度 T的關(guān)系，可由維恩定律確定 : λmax T= 103 (2)當(dāng)溫度低于 850K時， E0λ較小，但隨著溫度的升高而迅速增長，故溫度高的物體，其輻射強度也大。 如果實驗所得到的輻射光譜是連續(xù)的，而且曲線 Eλ＝ f(λ)又和同溫度下絕對黑體的相當(dāng)曲線相似，即在所有波長下，符合這一條件的物體稱為 灰體 。 51 斯蒂芬－波爾茨曼定律 A、絕對黑體的輻射能力： ?? ?? ??? 0 Tc 510 00 1e dCdEE 2 λλ λλλ積分后得： 2400 m/W100TCE ???????式中： C0—— 絕對黑體的輻射系數(shù)，它等于 絕對黑體的輻射能力與其絕對溫度的四次方 成正比 。故斯蒂芬 — 波爾茨曼定律又稱為四 次方定律。 提高輻射物體的溫度是加強輻射傳熱最有效的措施 斯蒂芬 —— 波爾茨曼定律也可以應(yīng)用于灰體 52 B、灰體的輻射能力： 4100TCE ??????? C、黑度：物體（灰體）的輻射能力 E與同溫度下絕對黑體的輻射能力 E0之比值稱為物體的黑度。 04040 CC100TC100TCEE ???????????????εD、實際物體的輻射能力的計算公式： 4400 100100TCEE ???????????????? εεε 53 克希荷夫定律 實際物體：對外輻射 EF或 εE0F(W)全部落到絕對黑體表面，且全部被吸收。 絕對黑體：對外輻射 E0F(W)全部落到實際物體上，被吸收一部分 (EoFA)，其余部分反射回到絕對黑體表面，然后全部被自身吸收 [E0F(1－ A)]。 絕對黑體表面所得的凈熱量可按該表面熱平衡得出 : Q=εEoF+E0F(l－ A)－ EoF 假設(shè)兩表面溫度相等，則差額熱量為零，即 Q＝ 0，上式成為： εE0＝ E0A 由此得 ε＝ A 54 結(jié)論：平衡輻射時，任何物體的黑度等于其同溫度下的吸收率。 從上述結(jié)論還可推出如下概念： (1)物體的輻射能力 (ε)與其吸收能力 (A)是一致的，能輻射的波，也能被該物體吸收。 (2)反射能力大的物體 ,因其吸收能力（ A）小，故輻射能力 (ε)必定小。 (3)絕對黑體的吸收率等于 1，為最大。 故同一溫度下絕對黑體的輻射能力也最大，因為它的 ε＝ l 或者說，任何實際物體的輻射系數(shù)（ C）都將小于 。 55 兩物體間的輻射熱交換 角度系數(shù)的概念 角度系數(shù)是表示從某一表面射到另一表面的能量與射出去的總能量之比。用符號 φ表示： 表面射出去的總能量從表面上的能量表面射到從12112 FFF??表面射出去的總能量從表面上的能量表面射到從21221 FFF?? 一個幾何參數(shù)，它只取決于兩表面在空間的相對位置，而與表面的黑度和溫度無關(guān)。 56 基本定理： （ 1）任何平面和凸面自身輻射出去的射線，不能落入自身。故對自身的角度系數(shù)為零。即 φ11=0。 （ 2）在一個封閉體系內(nèi)，任一表面輻射出去的射線，將全部分配在體系內(nèi)各個表面上。故 φ11＋ φ12＋ φ13＋ … +φ1n＝ 1。 開口也可看作是封閉體系的一個表面，射線通過開口向體系外部投射出去。 （ 3）對任意兩個表面而言： F1φ12＝ F2φ21，此關(guān)系稱為互變定理。 57 互變定理的推導(dǎo)： 由于角度系數(shù)與表面的黑度和溫度無關(guān)，可以設(shè)想兩個任意放置的黑體表面 F 1和 F 2的溫度相等，輻射能力為 E0，于是 F1的輻射能被 F 2吸收為 E0 F 1φ12，同時 F2的輻射能被 F1吸收的為 E0 F 2φ21。 ∵ 兩個表面的溫度相等， ∴ E0 F 1φ12= E0 F 2φ21 58 最常見的幾種封閉體系以及它們之間的角度系數(shù) (1)兩個很靠近的平面 ∵ φ11＋ φ12＝ l φ11=0 ∴ φ12＝ 1 同理 φ21＝ 1 (2)一個平面和一個曲面組成的封閉體系相當(dāng)于加熱爐壁與物料表面組成的系統(tǒng)： ∵ φ11＋ φ12＝ l φ11=0 ∴ φ12＝ 1 21211221 FFFF ?? ??2122122 FFF1 ???? ??∵ F1φ12＝ F2φ21 ∴ 59 （ 3）一個大曲面包圍一個小曲面的封閉體系，相當(dāng)于金屬錠在連續(xù)式加熱爐內(nèi)加熱。 根據(jù)同樣的分析可得出： ∵ φ11=0 ； φ12＝ 1； 2121 FF??2121 FF??∴ 2122122FFF1 ???? ??（ 4）兩個曲面組成的封閉體系，相當(dāng) 于煉銅反射爐的橫截面。 ∵ F1向