热工学基础 作者 刘春泽 传热学-第13章.ppt

第七章 热辐射基本定律及物体的辐射特性 13.1 辐射换热 电 磁 波 谱 除了与s有关外，还与气体的温度和气体得分压力有关，于是我们有如下关系 利用上面的关系，可以采用试验获得 ，图13-1给出了 时的水蒸气发射率 的图线。图13-2则是其修正系数 ，于是，水蒸气的发射率为 对应于 的图分别是13-3和图13-4。于是 图13-1 图13-2 修正系数 图13-3 图13-4 修正系数 当气体中同时存在二氧化碳和水蒸气时，气体的发射率由下式给出: 式中， 是修正量，由图13-5给出。 图13-5 修正量 在其体发射率和吸收比确定后，气体与黑体外壳之间的辐射换热公式为: * * 1. 辐射 (1) 定义：由热运动产生的，以电磁波形式传递的能量； (2) 特点：a 任何物体，只要温度高于0 K，就会不停地向周围空间发出热辐射；b 可以在真空中传播；c 伴随能量形式的转变；d 具有强烈的方向性；e 辐射能与温度和波长均有关；f 发射辐射取决于温度的4次方。 2. 热射线 电磁辐射包含了多种形式，如下图所示，而我们所感兴趣的，即工业上有实际意义的热辐射区域一般为0.1~100μm。 电磁波的传播速度： 式中： — 频率，—光速; λ— 波长 在线教务辅导网： 教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网 QQ:349134187 或者直接输入下面地址： 辐射强度是指物体表面朝向某给定方向，对垂直于该方向的单位面积，在单位时间、单位立体角内所发射的全波长总能量。用I符号表示单位 。 3 辐射强度 4 单色辐射强度 若辐射强度仅指某波长下波长间隔范围内所发射的能量，即称单色辐射强度。用符号 表示，单位为 。 射强度和单色辐射强度之间的关系 辐射力是指发射物体每单位表面积在单位时间内向半球空间所发射的全波长能量。用符号 表示，单位为 。它的全称是半球向总辐射力 。 5 辐射力 6 单色辐射力 若辐射力仅指在某波长下波长间隔范围内所发射的能量，即称单色辐射力。用符号 表示，单位为 。 辐射力和单色辐射力之间的关系 7 定向辐射力 定向辐射力和辐射强度之间的关系 若辐射力仅指在某方向上单位立体角内所发射的能量，即称定向辐射力。用符号 表示，单位为 。 在法线方向n上， ，故 故 当热辐射投射到物体表面上时，一般会发生三种现象，即吸收、反射和穿透，如右图所示。 8. 吸收、反射和透射 物体对热辐射的吸收反射和穿透 设投射到物体上的总能量为，被吸收、反射、透射，根据能量守恒，可有 9 黑体、白体和透明体 如果物体能完全吸收外来的投射能量，即 ，这样的物体 称为绝对黑体，简称黑体。 如果物体能完全反射外来的投射能量，即 ，这样的物体 称为绝对白体，简称白体。 如果物体能完全透射外来的投射能量，即 ，这样的物体 称为透明体，或称透热体。 黑体：是指能吸收投入到其面 上的所有热辐射能的物体，是 一种科学假想的物体，现实生 活中是不存在的。但却可以人 工制造出近似的人工黑体。 1. 辐射 (1) 定义：由热运动产生的，以电磁波形式传递的能量； (2) 特点：a 任何物体，只要温度高于0 K，就会不停地向周围空间发出热辐射；b 可以在真空中传播；c 伴随能量形式的转变；d 具有强烈的方向性；e 辐射能与温度和波长均有关；f 发射辐射取决于温度的4次方。 2. 热射线 电磁辐射包含了多种形式，如下图所示，而我们所感兴趣的，即工业上有实际意义的热辐射区域一般为0.1~100μm。 电磁波的传播速度： 式中： — 频率，—光速; λ— 波长 式中，λ— 波长，μm ； T — 绝对温度，K ； c1 — 第一辐射常数， ； c2 — 第二辐射常数， ； (1)普朗克定律 13.2 辐射的基本定律 (2)维恩（位移）定律 维恩位移定律表达了这种波长极值与热力学温度之间的 函数关系 (3)