热辐射基础理论精要.ppt

南京师范大学 NANJING NORMAL UNIVERSITY 南京师范大学 NANJING NORMAL UNIVERSITY * * * * 第7章 热辐射基础理论 能源与机械工程学院 School of Energy Mechanical Engineering 蔡 杰 传热学 Heat Transfer 7.1 热辐射的基本概念 7.2 黑体辐射的基本性质 7.3 实际物体的辐射和吸收 7.1 热辐射的基本概念 7.1.1 热辐射的本质 热辐射: 由于热的原因而产生的电磁波辐射. 构成物质的微观粒子因振荡和跃迁而发射辐射能 电磁波谱: 热辐射是电磁辐射(电磁波)的一种 热辐射具有一般辐射现象的共性.以光速传播: 辐射的本质: 既有波动性,又有粒子性. 热辐射的特点: 不依靠物质接触进行传热; 辐射过程伴随能量形式的转化; 一切温度高于0 K的物体都会不停地发射热射线. 7.1.2辐射能的吸收、反射和透过 图6-2 射线被吸收、反射和透 过的示意图 A、R、D分别称为物体的吸收率、反射率和穿透率与物体的性质、温度、表面状况有关与投射能量的波长分布有关 镜面反射和漫反射: 镜面反射: 反射角等于入射角 光滑的金属表面, 玻璃, 塑料等 漫反射: 被反射的辐射能(均匀)分布在各个方向上。 粗糙的金属表面近于漫射面 绝对透明体： D＝1、能让投射到它上面的辐射能全部透过 双原子气体，如氧气、氮气及空气等，对热射线就是近似透明体 绝对白体：R＝1，简称白体，能反射投射到其表面上的全部热射线 绝对黑体：A＝1，简称黑体，能吸收投射到其上的全部辐射能。在辐射换热理论中，黑体占有重要地位，热辐射的基本定律是在黑体的基础上得出的。 绝对黑体模型: 注意:黑色的物体不同于黑体, 白色的物体不同于白体.颜色对可见光而言；白体、黑体、透明体对全波长而言.白颜色物体(反射可见光呈白色)不一定是白体;黑颜色物体不一定是黑体. 7.2 黑体辐射的基本性质 1. 总辐射力E 单位： W/m2 单位时间内物体单位表面积向半球空间的一切方向发射的包含全部波长的辐射能 2. 单色辐射力 单位： W/m2 单位时间内物体单位表面积向半球空间的一切方向发射的某一波长的辐射能 3. 方向辐射力 单位： 单位时间内物体单位表面积向半球空间的某一方向在单位立体角内所发射的一切波长的辐射能 7.2.1 几个重要的辐射参数 图7-5 立体角的定义 立体角： 半球表面上被立体角切割的面积除以半径的平方单位：sr（球面度） 有关辐射力的定义间的关系式 辐射强度：单位时间内在某一方向上,物体单位可见辐射面积在单位立体角内辐射的一切波长的能量 W/(m2·sr) 图7-6 辐射强度定义 7.2.2 普朗克定律 黑体的单色辐射力和温度、波长 （1901年） W/m2 λ:波长（m）； T:为黑体的绝对温度（K）； C1 常数，为3.743×10-16 W·m2； C2 常数，为 1.4387×10-2 m·K。 图6-7 黑体Eλ和波长、温度的关系 用一条曲线来表示普朗克定律 将上式两端均除以T5，得 图7-8 黑体单色辐射力与λT的函数关系 7.2.3维恩定律 对应于最大单色辐射力的波长与物体的绝对温度间的关系称为维恩位移定律 m·K 图7-7 黑体Eλ和波长、温度的关系 钢锭加温时：黑－红－白 波长测温 7.2.4 斯蒂芬－玻尔兹曼定律 黑体的总辐射力 －－黑体辐射常数 或 －－黑体辐射系数 又称为辐射的四次方定律 某温度下黑体发射的一定波长范围内的辐射能 引入辐射函数 辐射函数仅为 的函数。该函数值列于表中 7.2.5 兰贝特定律 黑体在任意方向上的辐射强度与方向无关，都等于它在法线方向上的辐射力＝I 对于服从兰贝特定律的辐射 ： 黑体单位面积发出的辐射能落在空间不同方向单位立体角中的能量值不等，其数值正比例于该方向与表面法线之间夹角的余弦值。所以，兰贝特定律又称为余弦定律。 漫辐射表面:辐射强度在空间各个方向上都相等． 　 黑体或具有漫辐射表面的物体，在其法线方向上辐射力最大，在90度方向上最小，为0。 对于辐射能按空间方向的分布服从兰贝特定律的物体，其辐射强度和辐射力间的关系 7.3 实际物体的辐射和吸收 实际物体的辐射和吸收比黑体要复杂得多，其特性取决于许多因素，如组成、表面粗糙度、温度、辐射波长等 7.3.1 实际物体的辐射 图7-9 实际物体与灰