太阳能与热能传递
我的图书馆
太阳能与热能传递
太阳能与热能传递
Solar Energy and Heat Transfer
阳光普照大地，处处都有太阳能，地球每年接受的太阳能总量比地球上每年消耗的各种能量总合大几万倍。只要有太阳，太阳能就取之不尽、用之不歇，太阳能无排放、无污染。太阳能的缺点是夜间没有、云雨天微弱、受气候影响大。
太阳以电磁波或粒子形式向外辐射能量，称为“太阳辐射”。我们把照射到单位面元上的辐射功率称为“辐照度”，单位为瓦特/每平方米（W/m2）。在地球位于太阳与地球间的平均距离位置时，在大气层外垂直于太阳辐射束的平面上的辐照度，称之为“太阳常数”，其值为1367W/m2±7W/m2。太阳辐射中约8%是紫外线、46.4%是可见光、45.5%是红外线，其他可忽略不计，图1是太阳辐射光谱能量分布图。
图1& 太阳辐射光谱能量分布图
图中上部紫色曲线是在大气层外的辐射能量按波长的分布状态；太阳辐射在进入大气层时会有反射、散射，图1中部的红色曲线是经过大气反射散射后到地面的辐射能量按波长的分布状态；又由于大气中的气体分子与尘埃会吸收太阳的辐射能，而且不同的分子是选择性的吸收不同波长的辐射，图1下面的绿色曲线是被各种气体分子吸收后到地面的辐射能量按波长的分布状态。
在理想的空气透明条件下，阳光垂直地面照射时，地面上的辐照度大约为1000W/m2。当阳光倾斜或大气层加厚时，当空气中水分子与尘埃较多时辐照度就要明显下降。
&& 传热学基础
太阳能要通过热能的传递才能加以利用，下面要介绍传热学的基础知识。
&&& 1. 辐射换热
任何高于绝对零度的物体都会发射辐射能，辐射能以电磁波或粒子形式的发射或传播，称之为热辐射，热辐射的传播速度与光速相同。衡量辐射能大小有“辐射能”、“辐射强度”等参数。
当辐射投射在物体表面时，部分能量被吸收，部分能量被反射，余下能量将透过物体。定义以下数据来衡量物体对辐射吸收能力：
α=吸收比，代表被吸收的辐射能量与投射在物体上的总能量之比
ρ=反射比，代表被反射的辐射能量与投射在物体上的总能量之比
τ=透射比，代表被透射的辐射能量与投射在物体上的总能量之比
有&& α+ρ+τ=1&&&对于多数不透明的固体，τ=0，α+ρ=1
能够全部吸收投射在其上的辐射的物体称为“黑体”，真正的黑体并不存在，黑体只是一种理想物体，是衡量实际物体对辐射吸收能力的标准体；同时黑体也是衡量物体辐射能力大小的标准体，因为它在相同温度下辐射能力最大。
实际的物体辐射能力都比黑体小，用“发射率ε”来衡量物体热辐射能力的强弱，其定义为，物体在一定温度下所发射的辐射能与同温度下黑体所发射的辐射能之比。
并不一定只有黑色物体才接近黑体，人眼可见的黑色物体是能吸收所有可见光的物体，在非可见光范围就不一样了，例如人眼看到的白漆对远红外辐射的吸收能力就接近黑体。
&&& 吸热体涂层
太阳能热利用装置主要部件是太阳能集热器，是靠吸热体吸收太阳辐射，要提高集热器的效率要加强吸热体对太阳辐射的吸收能力，减少热量的散失。如果在吸热体上涂黑漆，虽有0.95的吸收比，但其发射率也高达0.9，接受的热量又会辐射出去，显然涂黑漆不行，在吸热体上覆盖光谱选择性吸收涂层可较好的解决这一问题。
由于在地面上的太阳辐射波长主要集中在0.3μm至2.0μm（见图1），而物体的热辐射波长主要集中在2.0μm至30μm，利用这一差别，制造出有高吸收比与低发射率的涂层覆盖在吸热体上，称之为光谱选择性吸收涂层。这些涂层多为金属化合物或金属氧化物组成，其吸收比在0.9以上，发射率一般小于0.2。
在玻璃真空管上的选择性吸收涂层多为“铝-氮/铝”或“不锈钢-碳/铝”，采用磁控溅射工艺制作，其吸收比在0.9以上、发射率小于0.1；对于铜制吸热件可用化学转换着色法生成氧化铜膜作选择性吸收涂层，是一种简单成熟的制作方法，其吸收比为0.91、发射率为0.05。
&&& 2. 热传导
热传导是热能在固体或静止液体中传递的方式，只要物体中有温差，热能就会从高温处向低温处传递。金属的热传递主要是由自由电子的扩散完成；非金属固体的热传递主要是由晶格上的原子振荡来完成，由于电子输送热量效果好，故金属导热性能比非金属好。气体与液体导热是通过分子运动与碰撞来完成的。
导热速率（单位时间的热流量）Q与温度梯度dT/dn与热流通过的截面积A成比例，有
Q=-λAdT/dn
λ是导热系数（热导率），单位是W/(m.K)
下表为常见金属、非金属、液体、气体的导热系数
导热系数表
&&& 3. 对流传热
当流体流过固体表面时，流体与固体表面之间发生的热量传递过程称为对流传热。对流传热除了流体与固体各自的热传导外主要是流体分子的热运动加上流体与固体表面分子间的碰撞热运动组成，而且流体的运动速度对传热速率影响很大。除了流体运动速度外，产生对流传热的面积、流体的黏度、密度、导热系数、比热容等都与传热速率有关系。
若流体的运动是由水泵（或风机）等外部因素引起称为强制对流，若流体的运动是因流体的密度差造成的浮力引起称为自然对流（或浮力对流）。因强制对流有较高的流速故有较大的传热速率。
&&& 4. 流体有相变时的对流传热
若流体吸收热量由液相转为气相，蒸汽与低温固体表面接触释放潜热又转回液相，情况又大不相同了。流体在沸点之下为液相，在沸点之上为气相，两相间温度相差不大，却有很大的能量吸收与释放，一种称之为“热管”的高传热性能的器件就是根据这个原理工作的。
图2& 热管原理示意图
上图是一个简单的热管剖面图（为显示清楚将热管加粗），由一根两端封闭的管芯，内抽真空并充一定量的液体，热管下端是蒸发段上端是冷凝段。蒸发段从管芯外吸收热量使液体气化，蒸汽上升到冷凝段，冷凝段管壁外有温度较低的流体，蒸汽遇冷管壁释放气化潜热凝为液体，液体因重量下降回蒸发段，如此反复循环，热量从热管一端传向另一端。由于是相变传热，能以较小的温差高速传输较大的热量，或者说在有限的温差传输更多的热量。由于这种热管内的流体是依靠重力循环的故称为“重力热管”。依靠其他形式循环的热管这里就不再介绍了。
可根据热管的工作温度在管内充不同的液体，常温下一般用水，低温下可充其他液体，高温热管可充金属钠或钾等。
发表评论：
馆藏&113391
TA的推荐TA的最新馆藏[转]&[转]&[转]&[转]&[转]&[转]&[转]&什么是热，热能来源有哪些？-筑龙博客
盐城市华赫电热电器有限公司专业生产电热丝,加热管,单头电热管,不锈钢电热管,模具加热管,水箱加热管,...
电热管&加热器&加热板
什么是热，热能来源有哪些？
可能很多人都没有真正了解过热是什么，热是怎么来的？热是我们生活和生产中经常遇到的―种物理能量，生活中所谓“冷”和“热”、生产中的加热升温和散热降温等都是热能的一种表现。一、热是什么？首先我们来解下物质结构理论，所有物体都有许多不连续的相隔一定距离的分子所组成，而分子则由更小的原子所组成，所有物体的原子和分子都处在永不停息的运动中。热现象是物质中大量分子无规则运动的表现。因此，热的本质是物质分子无规则的运动。也就是说，热是物质分子运动时的平均动能。这种运动或是分子的单独运动，或是分子间的相对运动，有时也许是分子内部的运动。当分子运动愈剧烈，物质的温度愈高，其分子的动能，即所谓热能也愈大；分子运动愈缓和，物质温度愈低其分子动能也愈少，到分子运动停止时，物质的温度就称为绝对零度这时其热能也是零。然而实际上分子运动是永不停息的绝对零度也是永远不可能达到的。二、热能来源有哪些？事实上热运动所包括的范围是极为广泛的。1、当物质处于固体、液体和气体状态下，遇一定条件，会发生熔化、蒸发、凝结、凝固等不同状态间的转化过程；2、而且在变化过程中，热运动与机械、电磁等其它运动之间存在着极为广泛和深刻的内在联系，在实际过程中，它们之间也可相互转化。三、热是怎么来的？在宇宙间，能量往往是以电能、光能机械能、热能、化学能等多种形式出现，因此热能是各种各样能量的形式之一，但热能又往往被人们看作宇宙间各种各样能量转化的归宿，因为无论哪种能当用来作功以后都化为热能。通常热能的来源有下列几种：1、太阳辐射能：太阳辐射能被地球上任何物体所吸收都转化为热能，太阳辐射能也是地球上各种能量的唯一来源；譬如说：发电机的电能是来自原动机，而原动机的能量或是来自燃料：（如煤、油）燃烧发出的化学能或是来自水源的势能等。而燃料的化学能是因为地球上动植物腐化吸收太阳辐射能发生化学反应而来的，水源的势能也是因为河海中的水吸收太阳辐射汽化为云再形成雨或雪下降而产生的。2、化学反应：化学反应产生热的例子很多，最常见的是各种煤碳、油料、木柴、煤气等燃料的燃烧，也就是物质氧化过程中放出的大量热能；3、机械作用：各种机械作用，如两手的摩擦，火石之间的碰撞、锤的打击，机械的旋转等都会化为热能；4、电能：当电流流过电阻时而转化为热能；如电流流过导线或各种电器和，电能也部分化为热能；各种可见或不可见的辐射，如光波等被物质吸收后也都化为热能。所谓“电加热”就是研究电能转化为热能的一门科学。专业生产电加热，研究如何提高热效率，如何在满足使用条件下尽量少耗电能，而得到最大的热量，使用户尽可能的节约成本，节约水，煤炭，油料等不可再生资源，为实现社会的可持续发展尽一份努力。本文转载自电热专家：盐城市华赫电热点击查看原文：有需要咨询或定制电加热管请联系：（手机、微信号） 联系人：黄生
华赫电热的最新博文
分享到微信朋友圈
打开微信"扫一扫"，扫描上方二维码请点击右上角按钮&，选择&
同时发布一条微博
$(".zhul_sy_rightBox").popupbox({geturl:ucenterDomain+"openjson/getpopupbox",format:"bigright",cssClass:"zhul_info_rightbox",waithtml:' '});
$().zlidol({geturl:weiboDomain+"userinfo/jsonidol?action=idol"})
})(jQuery);下载作业帮安装包
扫二维码下载作业帮
1.75亿学生的选择
光能和热能的区别,阳光中是不是两种能量都有,主要是那种为什么
新垣结衣128
光能中用于发热的属于部分热能.光主要是光能,用来发电,光合作用,照亮世界等等,有的也用来制热,比如太阳能热水器.
为您推荐：
其他类似问题
扫描下载二维码下载作业帮安装包
扫二维码下载作业帮
1.75亿学生的选择
太阳辐射与热量有什么关联
太阳源源不断地以电磁波的形式向宇宙空间放射能量,就是太阳辐射.因此,太阳辐射是电磁波,根据波长不同,太阳辐射可划分为：紫外线、可见光、红外线三部分.每部分都有对应的能量（注意不是热量）.能量可以通过不同转换方式,转化为电能、热能等.热量可以有能量转化而来.热量的多少可以反映能量的高低.但各类电磁波中,只有红外线可以使人直接感受到热量的存在.热量是通过红外线施加其影响的.光照当然对应于电磁波中的可见光部分.它可以通过转换成为使人感到热量存在的红外线.但光照本身不能使人直接感到热量的存在.可以从地理的角度和我分析吗?物理的我也懂回答：一般来说,太阳高度角越大,单位面积地面吸纳的太阳辐射量就越多,因此地表释放的热量也就越多,相应的,气温也就越高；但是由于滞后性的因素,因此一般来说一天之中,气温最高的时候不是在中午12点,而是在下午2点前后太阳辐射呢跟地势高低,空气稀薄,和天气气候有关,我国最强是青藏高原.光照呢那就是和地势和地表植被覆盖情况有关啊太阳辐射呢跟地势高低,空气稀薄,和天气气候有关,我国最强是青藏高原.光照呢那就是和地势和地表植被覆盖情况有关啊太阳辐射呢跟地势高低,空气稀薄,和天气气候有关,我国最强是青藏高原.光照呢那就是和地势和地表植被覆盖情况有关啊追问：
为您推荐：
其他类似问题
扫描下载二维码下载作业帮安装包
扫二维码下载作业帮
1.75亿学生的选择
什么是太阳热能
太阳热能简称太阳能,太阳能一般指太阳光的辐射能量.在太阳内部进行的由“氢”聚变成“氦”的原子核反应,不停地释放出巨大的能量,并不断向宇宙空间辐射能量,这种能量就是太阳能.太阳内部的这种核聚变反应,可以维持几十亿至上百亿年的时间.太阳向宇宙空间发射的辐射功率为3.8x10^23kW的辐射值,其中20亿分之一到达地球大气层.到达地球大气层的太阳能,30%被大气层反射,23%被大气层吸收,其余的到达地球表面,其功率为800000亿kW,也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于燃烧500万吨煤释放的热量.平均在大气外每平米面积每分钟接受的能量大约1367w.广义上的太阳能是地球上许多能量的来源,如风能,化学能,水的势能等等.狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换.太阳还有一种能量---热能.热能最大好处可用保温技术来储备能量.现代的太阳热能科技将阳光聚合,并运用其能量产生热水、蒸气和电力.除了运用适当的科技来收集太阳能外,建筑物亦可利用太阳的光和热能,方法是在设计时加入合适的装备,例如巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力的建筑材料.
为您推荐：
其他类似问题
太阳热能简称太阳能，太阳能一般指太阳光的辐射能量。在太阳内部进行的由“氢”聚变成“氦”的原子核反应，不停地释放出巨大的能量，并不断向宇宙空间辐射能量，这种能量就是太阳能。太阳内部的这种核聚变反应，可以维持几十亿至上百亿年的时间。太阳向宇宙空间发射的辐射功率为3.8x10^23kW的辐射值，其中20亿分之一到达地球大气层。到达地球大气层的太阳能，30%被大气层反射，23%被大气层吸收，其余的到达地球...
zgcv1xfg5x1cx12r542f1cger7t8r4
简单就是核能
扫描下载二维码}