【正文】 ??? ? ?任一流體發(fā)生相變時 1 e x p ( N T U)? ? ? ?第三節(jié) 對流傳熱 () () () ? 根據(jù)換熱器的操作條件，計(jì)算傳熱系數(shù)； ? 計(jì)算傳熱單元數(shù) NTU和熱容量比 cR ； ? 根據(jù)換熱器中流體流動的形式和 NTU、 cR，計(jì)算或利用算圖查得相應(yīng)的 ε ； ? 根據(jù)冷熱流體進(jìn)口溫度等已知量，計(jì)算傳熱速率； ? 根據(jù)熱量衡算，求出冷熱流體的出口溫度。 步驟： 第三節(jié) 對流傳熱 第三節(jié) 對流傳熱 (1)簡述影響對流傳熱的因素。 (2)簡述對流傳熱的機(jī)理、傳熱阻力的分布及強(qiáng)化傳熱的措施。 (3)為什么流體層流流動時其傳熱過程較靜止時增強(qiáng)？ (4) 傳熱邊界層的范圍如何確定？試分析傳熱邊界層與流動邊界層的關(guān)系。 (5)試分析影響對流傳熱系數(shù)的因素。 (6) 分析圓直管內(nèi)湍流流動的對流傳熱系數(shù)與流量和管徑的關(guān)系，若要提高對流傳熱系數(shù)，采取哪種措施最有效？ (7)流體由直管流入短管和彎管，其對流傳熱系數(shù)將如何變化？為什么？ (8)什么情況下保溫層厚度增加反而會使熱損失加大？保溫層的臨界直徑由什么決定？ (9)間壁傳熱熱阻包括哪幾部分？若冷熱流體分別為氣體和液體，要強(qiáng)化換熱過程，需在哪一側(cè)采取措施？ (10)什么是傳熱效率和傳熱單元數(shù)？ 本節(jié)思考題 一、輻射傳熱的基本概念 二、 物體的輻射能力 三、物體間的輻射傳熱 四、氣體的熱輻射 五、對流和輻射聯(lián)合傳熱 本節(jié)的主要內(nèi)容 第四節(jié) 輻射傳熱 (一 )熱輻射 熱輻射：由于熱的原因而發(fā)出輻射能 的過程 輻射：物體通過 電磁波 來傳遞能量的方式 熱輻射的電磁波是物體內(nèi)部微觀粒子的熱運(yùn)動狀態(tài)改變時激發(fā)出來的 熱力學(xué)溫度在零度以上的任何物體 ，總是不斷地把熱能變?yōu)檩椛淠?，向外發(fā)出 輻射 ；同時也不斷地 吸收 周圍物體投射到它上面的熱輻射，并轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋? —— 輻射傳熱 熱平衡時，熱輻射存在，但輻射傳熱量為 0 第四節(jié) 輻射傳熱 一、輻射傳熱的基本概念 熱輻射的能力與溫度有關(guān) ，隨著溫度的升高，熱輻射的作用將變得越加重要； 高溫時，熱輻射將起決定作用 。 理論上，物體熱輻射的電磁波波長可以包括電磁波的整個波譜范圍 在工程中有實(shí)際意義的熱輻射波長在 ～ 100μm ，而且大部分能量位于紅外線區(qū)段，即 ～ 20μm 。 電磁波譜 第 四 節(jié) 輻射傳熱 (二 )熱輻射對物體的作用 A R DQ Q Q Q? ? ?A R D 1Q Q Q Q? ? ?AQ AQ ?RQ RQ ?DQ DQ ?1??? DRA總能量 反射 吸收 穿透 物體對投射輻射的吸收率 反射率 穿透率 投射輻射 第四節(jié) 輻射傳熱 () () () ?若 A＝ 1，則表示落在物體表面上的輻射能 全部被物體吸收 ，這種物體稱為絕對 黑體 。 沒有光澤的黑漆表面的吸收率為 ～ ，接近黑體； 磨光的銅表面的反射率為 ，接近鏡體； 單原子和對稱的雙原子氣體可視為透熱體。 ?若 R=1，則表示落在物體表面上的輻射能 全部被反射出去 。此時，若入射角等于反射角，則物體稱為 鏡體 ；若反射情況為漫反射，該物體稱為絕對白體。 ?若 D＝ 1，則表示落在物體上的輻射能將 全部穿透過去 ，這類物體稱為 絕對透明體或透熱體 。 引入理想物體的概念，作為實(shí)際物體與之比較的標(biāo)準(zhǔn)，可以使輻射傳熱計(jì)算大大簡化。 鏡面反射 漫反射 表面粗糙度 第四節(jié) 輻射傳熱 物體的吸收率、反射率和穿透率的大小取決于 物體的性質(zhì) 、表面狀況 、 溫度和投射輻射的波長 。 吸收能力大的物體其反射能力就小 ?固體和液體 （ 1）物體的性質(zhì) —— 物態(tài)，物質(zhì)結(jié)構(gòu) 一般固體和液體 都是不透熱體， 即 D ＝ 0， A+R=1 輻射能進(jìn)入其表面后，在 極短的距離內(nèi) 被吸收完 金屬導(dǎo)體： 1μm的數(shù)量級 非導(dǎo)電體材料： 1mm 第四節(jié) 輻射傳熱 ?氣體 對輻射能幾乎沒有反射能力，可以認(rèn)為 R=0， A+D=1 吸收能力大的氣體，其穿透能力就差 第四節(jié) 輻射傳熱 ?固體和液體物體 對外界的輻射，以及對投射輻射的吸收和反射過程，都是 在物體表面上進(jìn)行的 （ 2）表面狀況 固體和液體物體的表面狀況對吸收率、反射率和穿透率的影響至關(guān)重要 ?氣體 發(fā)射和吸收輻射能 發(fā)生在整體氣體內(nèi)部 ，即吸收和輻射與熱射線所經(jīng)歷的路程有關(guān) ?灰體 : 能 以相同的吸收率吸收所有波長范圍的輻射能 大多數(shù)工程材料可視為灰體 ?實(shí)際物體對投入輻射的吸收率不僅和物體本身的情況有關(guān)，而且還 與輻射物體投入的輻射波長有關(guān) 灰體對投入輻射的吸收率與外界無關(guān) （ 3）投射輻射的波長 氣體 不能 近似地作為灰體處理 第四節(jié) 輻射傳熱 輻射能力 :物體在一定溫度下，單位表面積、單位時間內(nèi)所 發(fā)出的全部波長的總能量 E 表征物體發(fā)射輻射能的能力 發(fā)射能量與波長有關(guān) 第四節(jié) 輻射傳熱 二、物體的輻射能力 ??? 0 d ??EEW/m2 物體的 單色輻射能力 :物體在一定溫度下 發(fā)射某種波長的能力 ,單位為 W/m3 E?輻射能力 : 第四節(jié) 輻射傳熱 二、物體的輻射能力 () (一 )黑體的輻射能力 bb0 dEE ? ??? ?黑體的輻射能力 黑體的單色輻射能力 第四節(jié) 輻射傳熱 二、物體的輻射能力 黑體單色輻射能力按波長的分布規(guī)律 () 4b0ET??4b0 100TEC ???????黑體的 輻射系數(shù) ，其值為 W/ (m2K 4) 黑體的 輻射常數(shù) ，其值為 10－ 8 W/ (m2K 4) 熱輻射對溫度非常敏感， 低溫時熱輻射往往可以忽略，高溫時則起主要作用。 工程上 （ 2）黑體的輻射能力 斯蒂芬 —— 波爾茨曼定律 四次方定律 （ 1）最大單色輻射能力的波長 3m 2 . 9 1 0T? ?? －常 數(shù) ＝第四節(jié) 輻射傳熱 () 4100 ??????? TCEbEE? ?01???40 1 00 ??????? TCE ?只要知道物體的黑度，就可求得該物體的輻射能力。 (二 )灰體的輻射能力 灰體的輻射系數(shù) 由于黑體具有最大的輻射能力，因此 定義：物體的 黑度 ε 灰體的輻射能力與同溫度下黑體的輻射能力之比 第四節(jié) 輻射傳熱 () () () 物體的性質(zhì)、溫度以及表面狀況，包括粗糙度及氧化程度，是 物體本身的特性 ，一般可通過實(shí)驗(yàn)確定。 材料 溫度 /oC 黑度 紅磚 耐火磚 鋼板（氧化的） 鋼板（磨光的） 鉛（氧化的） 鉛（磨光的） 銅（氧化的） 銅（磨光的） 鑄鐵（氧化的） 鑄鐵（磨光的） 20 － 200～ 600 940 ～ 1100 200 ～ 600 225 ～ 575 200 ～ 600 － 200 ～ 600 330 ～ 910 ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ 荒漠、旱地和絕大部分的林地的黑度近似為 ； 水、海灘、冰川的黑度約為 ； 人體無論是什么膚色黑度均為 。 影響物體表面的黑度的因素 第四節(jié) 輻射傳熱 【 例題 】 若將地球看成是平均溫度為 15℃ 、表面積為 1014m2的黑體，求單位時間地球熱輻射的能量和最大單色輻射能力時的波長 λ m，并將此波長與太陽輻射的波長相比（表面溫度5800K）。 4b041 4 1 71002 7 3 1 55 .6 7 5 .1 1 0 2 .0 1 0 W100TE A C A??????????? ? ? ? ? ????? 地球最大單色輻射能力時的波長 335m 10 10 10 m 10 μ m273 15T???? ? ? ? ??－ －－33 7m 10 10 10 m μ m5800T???? ? ? ? ?－ － －解：單位時間地球熱輻射的能量為： 太陽最大單色輻射能力時的波長 波長的變化 CO2 溫室效應(yīng) 第四節(jié) 輻射傳熱 (三 )物體的輻射能力與吸收能力的關(guān)系 灰體 黑體 1 1 bq E A E??0?q熱平衡時 對任意灰體，有 12b112()EE E E f TA A A? ? ? ? ?透熱體 1T1E1A2TbEbA(＝ 1) 對壁面 1 ，熱量的收支差額為 兩壁面間輻射傳熱的熱通量， W/m2 21 TT ?1b1E EA ?第四節(jié) 輻射傳熱 () 灰體 黑體 bEAE?bEE? ???A克?；舴蚨? 灰體的吸收率數(shù)值等于同溫度下該物體的黑度 )( 12211 TfEAEAEAEb ????? ?善于吸收的物體必善于輻射； 黑體的輻射能力最大。 透熱體 1T1E1A(三 )物體的輻射能力與吸收能力的關(guān)系 第四節(jié) 輻射傳熱 () () 2TbEbA(＝ 1) 兩個無限大灰體平行平壁間的輻射傳熱過程 12TT?壁 1 壁 2 輻射能多次被吸收和多次被反射 單位時間內(nèi)離開 壁 1表面單位面積的總輻射能： 2 2 2 3 2e f 1 1 1 2 1 1 2 1 1 2 1 2 2 1 2 22 2 2 21 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2221 1 2 1 2 1 21 1 212( ) ( )( 1 ) ( 1 )( ) ( 1 )1()1fE E R R E R R E R E R R E R R EE R R R R R E R R R RE R E R R R RE R ERR? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ????e f f 2 2 2 1121()1E E R E RR?? ?單位時間內(nèi)離開 壁 2表面單位面積的總輻射能： 發(fā)出輻射能的過程 第四節(jié) 輻射傳熱 三、物體間的輻射傳熱 () ???????? ????????????????42412121 100100TTACQ11121021??????CC物體 1對物體 2的總輻射系數(shù) ，取決于壁面的性質(zhì)和兩個壁面的幾何因素。 1 2 e f f 1 e f 21 1 2 2 2 11 2 1 211fq E EE R E E R ER R R R? ????????RA ??1A???????????????????????????424121021 100100111TTCq??單位時間內(nèi)兩壁面單位面積的 輻射傳熱量 為 40 1 00 ??????? TCE ?平壁壁面面積為 A，則輻射 傳熱速率 為 12TT?壁 1 壁 2 第四節(jié) 輻射傳熱 () () 兩個表面之間的輻射傳熱量與兩個表面時間的相對位置有很大的關(guān)系 兩個表面間的相對位置不同時，一個表面發(fā)出而落到另一個表面上的輻射能的百分?jǐn)?shù)隨之而異，從而影響到傳熱量 定義：表面 1發(fā)出的輻射能中落到表面 2上的百分?jǐn)?shù)稱為表面 1對表面 2的角系數(shù) 物體間的輻射傳熱受物體的形狀、大小和相互位置等的影響 第四節(jié) 輻射傳熱 幾種典型情況下的21 ?C 和21 ?? 值 序號 輻射情況 面積 A 角系數(shù)12?? 總輻射系數(shù)12C? 1 極大的兩平行面 1A 或2A 1 01211/1C?????????? 2 面積有限的兩相等的平行面 1A 1 1 2 0C?? 3 很大的物體 2 包住物體 1 1A 1 10C? 4 物體 2 恰好包住物體 1 ，21AA ? 1A 1 01211/1C?????????? 5 在 3 ， 4 兩種情況之間 1A 1 101 2 211/1ACA???? ???????????? 對于