PDF《感应电热设备的设计 （10）》

感应电热设备的设计(10) 汤景明 机械部西安电炉研究所 (西安 710061) Design of Induction Heating Equipment( 10) Tang Jingming ②辐射传热损耗 辐射能的载运体是电磁波 , 加热物体表面 热能发射的电磁波波长一般是 0.

4 ~ 40μm 之间,其中 0.

4 ~ 0. 8μm 为可见光 ,0.

8 ~ 40μm 是红外线. 所以 , 热能的辐射传递以红外线为 主 ,并有部分可见光波. 任何物体都在不停地放射能量 , 而被加热 的物体则更为显著. 放出的能量落在其他物体 上时 ,一部分被吸收 , 一部分被反射 , 还有一部 分透过该物体. 被吸收的辐射能在物体中又会 转化为热能. 设落在物体上的总能量为 Q , Q1 被吸收 , Q2 被反射 , Q3 穿透物体 ,则有 : Q = Q1 + Q2 + Q3 两边除以 Q 得出 : Q1 Q + Q2 Q + Q3 Q =

1 (146) 公式(146) 可写成 : A + R + D =

1 其中 , A = Q1 Q 为物体的吸收率;

R = Q2 Q 为物 体的反射率;

D = Q3 Q 为物体的穿透率. 根据上面三个比值的极限情况 , 可以把物 质区分为三类 :如A=1,R=D=0,这一类 物体叫作绝对黑体 , 即所有落在物体上的辐射 能全部被吸收;

如R=1,A=D=0,这一类 物体叫作镜体 ,即全部辐射能被反射出去;

若D=1,A=R=0,这一类物体叫作绝对透明 (热) 体 ,即所有的辐射能全部穿透物体. 在自然界中不存在绝对的黑体 , 绝对的镜 体和绝对的透明体 , 以上概念只是理论上的假 定. (a) 几个有关的热辐射定律 蒲郎克定律确定了物体辐射强度 q λ 与温 度和波长的关系如下 : q λ = C1λ-

5 C2 e λTk -

1 (147) 式中 :λ为波长 , μm;

Tk 为物体的绝对温度 , K;

C1 和C2 为蒲郎克常数. 斯蒂芬

2 波尔兹曼定律给出了绝对黑体的 辐射能量与物体温度的定量关系 : q0 = C0 Tk

100 的开

4 kJ/ (m2 ・ h) (148) 式中 : C0 =

20 kJ/ (m2 ・ h ・K) 为绝对黑体的辐 射系数. 所有其它物体的辐射强度都比绝对黑体要 小 ,称为灰体. 其辐射强度公式为 : q = C Tk

100 裂纹

4 kJ/ (m2 ・ h) (149) 式中 : C = ε C0 为物体的辐射系数. 由此引出了物体黑度的概念 ,即:ε=CC0 ― ― ―物体黑度或相对辐射系数. 常 见物体的黑度给于表 9. 不但不同物体的辐射系数不同 , 同样材质 的物体 , 由于表面状态、 温度等的差异也不相 同. 如光滑表面比粗糙表面时的 C 值要小. 感 应炉常用的材料 C 值如下 : 材料 C/ kJ ・(m2 ・ h ・ k) -

1 抛光的金属表面 0.

8 ~ 2.

1 光洁的金属表面 2.

1 ~ 8.

3 氧化的金属表面 12.

5 ~ 18.

8 耐火材料 14.

6 ~ 18.

8 带融熔表层的粘土盖

15 有氧化层的钢

16 为了近似地计算炉子的热损 , 对耐火材料 和表面氧化的金属可取 C =

17 kJ/ (m2 ・ h ・K) . (b) 固态物体的互相辐射 温度不同的两个物体之间都存在热交换 ,

1 4 讲座《工业加热》1998 年第

3 期?1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 表9物体的黑度 材料名称 T/ ℃ ε 材料名称 T/ ℃ ε 绝对黑体 1.

0 平整的玻璃

22 0.

937 石墨粉 0.

95 上釉的瓷器

22 0.

924 石棉纸板

24 0.

96 熔附铁上的珐琅

19 0.

897 石棉纸

40 ~

370 0.

93 ~ 0.

945 表面磨光的铝

225 ~

575 0.

039 ~ 0.

057 熔化后表面粗糙的石英

20 0.

932 表面不光滑的铝

26 0.

055 表面粗糙的红砖

20 0.

93 在600 ℃下氧化后的铝