[拼音]:fushe chuanre
[外文]:radiant heat transfer
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。
热辐射的基本概念任何物体在发出辐射能的同时,也不断吸收周围物体发来的辐射能。一物体辐射出的能量与吸收的能量之差,就是它传递出去的净能量。物体的辐射能力(即单位时间内单位表面向外辐射的能量),随温度的升高增加很快。一般说来,当一物体受到其他物体投来的辐射(能量为Q)时,其中被吸收转为热能的部分为QA,被反射的部分为QR,透过物体的部分为QD,显然这些部分与总能量之间有下式所示的关系:
QA+QR+QD=Q
如果把A=QA/Q称为吸收率,R=QR/Q称为反射率,D=QD/Q称为穿透率,则有:
A+R+D=1
若物体的A=1,R=D=0,即到达该物体表面的热辐射的能量完全被吸收,此物体称为绝对黑体,简称黑体。若R=1,A=D=0,即到达该物体表面的热辐射的能量全部被反射;当这种反射是规则的,此物体称为镜体;如果是乱反射,则称为绝对白体。若D=1,A=R=0,即到达物体表面的热辐射的能量全部透过物体,此物体称为透热体。实际上没有绝对黑体和绝对白体,仅有些物体接近绝对黑体或绝对白体。例如:没有光泽的黑漆表面接近于黑体,其吸收率为0.97~0.98;磨光的铜表面接近于白体,其反射率可达0.97。影响固体表面的吸收和反射性质的,主要是表面状况和颜色,表面状况的影响往往比颜色更大。固体和液体一般是不透热的。热辐射的能量穿过固体或液体的表面后只经过很短的距离(一般小于1mm,穿过金属表面后只经过1μm),就被完全吸收。气体对热辐射能几乎没有反射能力,在一般温度下的单原子和对称双原子气体(如 Ar、He、H2、N2、O2等),可视为透热体,多原子气体(如CO2、H2O、SO2、NH3、CH4等)在特定波长范围内具有相当大的吸收能力。
辐射能力和吸收能力理论研究证明,黑体的辐射能力E0为:
E0=σ0T4
此式称为斯忒藩-波耳兹曼定律。式中T为绝对温度;σ0为黑体的辐射常数(或称斯忒藩-波耳兹曼常数),其值为5.669×10-8W/(m2·K4)。为应用方便,此式可改写为:
![公式 符号](/d/bkimg/2022110718/avrm2yu2d1n.webp)
式中C0为黑体的辐射系数,其值为5.669W/(m2·K4)。此式表明,温度对热辐射的影响极大。低温时热辐射常可忽略(如普通换热器中);高温时(如炉膛内),则成为传热的主要方式。
实际物体的辐射能的波长分布规律,随物体和温度而异。设实际物体辐射任一波λ的辐射能力为Eλ,在同温度下的黑体辐射相同波长的能力为E0λ;若Eλ/E0λ=常数,即物体的辐射能力与波长无关,则这种物体称为灰体。大多数工程材料在热辐射波长范围内接近于灰体。灰体的辐射能力E可表示为:
![公式 符号](/d/bkimg/2022110718/00pxsoxfde3.webp)
式中C(<C0)为灰体的辐射系数,其数值与物体的表面状况及温度有关。
物体的辐射能力与同一温度下黑体的辐射能力之比ε,等于各自的辐射系数之比,即ε=E/E0=C/C0。ε称为黑度,它代表物体的相对辐射能力。G.R.基尔霍夫发现,任何物体的辐射能力与吸收率A的比值都相同,且恒等于同温度下绝对黑体的辐射能力,即:
![公式 符号](/d/bkimg/2022110718/f4igij3uu4o.webp)
此式称为基尔霍夫定律。它表明物体的吸收率与黑度在数值上相等,即物体的辐射能力越大,吸收能力也越大。
两固体间的辐射传热两物体间辐射传热的速率Q12可表示为:
![公式 符号](/d/bkimg/2022110718/vnyekmcove2.webp)
式中T1、T2分别为两物体的表面温度;F1为一物体的表面面积;φ12为以F1为基准的角系数,代表一物体辐射出去的能量投射到表面F2的分率,它取决于两物体的形状、大小和相对位置;C12为总辐射系数,其值与两物体的黑度、大小、形状和相对位置有关。可以证明
φ12F1=φ21F2
式中F2为物体2的表面面积;φ21为以F2为基准的角系数,代表物体2辐射出去的能量投射到 F1上的分率。求取各种情况下的总辐射系数和角系数(见表),是辐射传热的研究课题。
![图](/d/bkimg/2022110718/aedv50w4rvk.webp)