輻射傳熱
輻射傳熱的機理是,互相不接觸的物體,熱能以電磁波的形式,從高溫物體傳給低溫 物體。
任何溫度高于絕對零度的物體都有熱輻射能力,從它的表面發(fā)出電磁波,波長范圍(即 波譜)取決于材質(zhì)。一般,固體熱輻射是全波譜輻射,它放出的電磁波的波長從零到無窮大; 而流體是選擇性輻射,只能輻射有限波長的電磁波,其波譜是不連續(xù)的。
一物體對來自另一物體的熱輻射,可能有三種反應(yīng):部分吸收,部分反射,部分透過。即
E = EA + EB+ Ec
式中,£為另一物體發(fā)出的投射到受輻射物體表面的輻射熱(功率密度),(W/m2);£A為被吸 收的熱;£B為反射的熱;£c為透過的熱。絕大多數(shù)固體的為零,是熱射線的不透明體。對 外來熱射線能完全吸收的物體叫絕對黑體,否則稱為灰體。實際的物體都是灰體。
絕對黑體是理想物體,它的模型是一個不透過熱射錢的空腔,僅有一個極小的孔,外來 的熱射線一旦從該孔進人空腔內(nèi),就被封閉而完全吸收。當然,絕對黑體的輻射能力,即其 熱功率密度(W/m2)也是較大。斯蒂芬-玻耳茲曼定律確定,絕對黑體的輻射能力
式中,是絕對黑體輻射系數(shù),其值為5.672W/(m2*K4)。上式又稱四次方定律。
在同一溫度下,灰體的輻射能力小于絕對黑體,灰體的輻射系數(shù)C與Q)之比稱為灰體 的黑度e0灰體的輻射能力
-E = eE0 = eC0(^) =C{m)
干燥的空氣近似是輻射熱的透熱體。熱物體放在大氣中的輻射散熱可以利用上式計算。
表2-4中的簡圖是由兩個灰體表面構(gòu)成的封閉體系,彼此進行熱輻射時,熱能由高溫體 表面?zhèn)鹘o低濕體表面.在中間不存在吸收性介質(zhì)時的輻射熱流„
稱為導(dǎo)來輻射系數(shù),[W/(m2_K4)];T為物體表面的絕對溫度,K;e為物體表面的黑度;S 為傳熱表面積,m2;P為角度系數(shù),見表2-4。兩表面之間角度系數(shù)僅取決于相互的位置,是 單純的幾何參數(shù)。角度系數(shù)的兩位數(shù)下標,第一位數(shù)表示輻射面,第二位數(shù)表示受轄射面。
的物理意義是,由表面1發(fā)射的輻射熱中到達表面2的份額,而^21則表示表面2發(fā)射的 輻射熱到達表面1的份額。
由多個表面組成封閉輻射傳熱體系,根據(jù)能量不滅定律,一表面對其余表面的諸角度系 數(shù)之和等于1,即
上式表明,隔板可以減少輻射熱,實質(zhì)是增加隔板,就加大熱阻,也就減小熱流。例如, 若有兩塊板和三塊板兩種情況,黑度都相等,較內(nèi)側(cè)溫度相等,較外側(cè)溫度也相等,則輻射熱 流相差一倍。