传热学8热辐射基本定律.ppt

第八章 热辐射基本定律及物体的辐射特性 第八章 热辐射的基本定律 §8-1 基本概念 思考题 1什么是黑体, 灰体? 实际物体在什么样的条件下可以看成是灰体? 2物体的吸收率、反射率、穿透率是怎样定义的? 作业 p214 9 13 余弦定律表明，黑体的辐射能在空间不同方向的分布是不均匀的：法线方向最大，切线方向为零。 对于服从兰贝特定律的辐射，其定向辐射强度I与辐射力E之间有如下关系： 辐射力等于定向辐射强度的π倍。 黑体能量按波长的分布——普朗可定律 黑体的辐射力——斯蒂芬—玻尔兹曼定律 黑体能量按空间的分布——兰贝特定律 单色辐射力的峰值——维恩位移定律 例题8-4 p216 § 8-3 实际固体和液体的辐射特性 1 基本概念 （1）单色发射率 实际物体的单色辐射力往往随波长作不规则的变化。 单色发射率定义：实际物体的单色辐射力与同温下黑体的单色辐射力的比值。 （2）发射率，又称为黑度 定义：实际物体的辐射力与同温下黑体辐射力的比值 实际物体、黑体和灰体的辐射能量光谱 已知黑度，实际物体的辐射力： 实验发现，实际物体的辐射力并不严格地同T的四次方成正比，但工程中仍按与T的四次方成正比计算，因此，发射率还与温度有依变关系。 式中：I（θ）—与辐射面法向成θ角方向上的定向辐射强度， I b—同温下黑体的定向辐射强度。 （3）定向发射率 实际物体辐射按空间方向的分布，亦不尽符合兰贝特定律，即：实际物体的定向辐射强度在不同方向上有些变化。 定向发射率的定义： 几种非导电体材料在不同方向上的定向发射率?(? ) 对于非导电材料，从辐射面法向θ=0°到θ=60°的范围内，定向发射率基本不变。θ=60°~90°时才有明显减少，直到θ=90°为零。 几种金属导体在不同方向上的定向发射率?(? )(t=150℃) ②对于金属材料，从θ=0°开始，在一定角度内，定向发射率可认为是常数，然后随角度的增加急剧增大。在接近θ=90°的极小角度的范围内，定向黑度又有所减少。 尽管实际物体的定向发射率有上述变化，但ε（θ）在半球空间上的平均值ε与法向发射率的比值基本上保持不变。 对高度磨光的金属=1.2,光滑表面的物体=0.95,粗糙表面的物体=0.98。 因此往往不考虑ε(θ)的变化细节，而近似的认为大多数工程材料也服从兰贝特定律。 服从兰贝特定律的表面称为漫射表面 定向辐射强度与方向无关 （1）物体表面发射率取决于： ①物体的种类（常温下白大理石0.95，镀锌铁皮0.23） ②表面温度（严重氧化的铝表面在50℃时为0.2,在500℃时为0.3） ③表面状况（同一种金属材料高度磨光时发射率很低，而粗糙时则很大。例无光泽黄铜0.22，磨光的黄铜0.05）。 黑度只与发射辐射的物体本身有关，而不涉及外界条件 对于大多数非金属材料的发射率数值很高，一般在0.85~0.95之间，且与表面状况的关系不大，在缺乏资料时可近似取0.90。 （2）实际物体的辐射特性在定性上与黑体相似，但定量上则比较复杂， 在工程计算中，发射率、单色发射率及定向发射率仅在对表面作精细计算时才用到。 无论是发射率、单色发射率及定向发射率，它们仅取决于物体本身的温度及表面状况，与外界条件无关，即它们是物性参数。 §8-4 实际固体的吸收比和基尔霍夫定律 1实际物体的吸收特性 单位时间内从外界投射到物体单位表面积上的能量称为该物体的投入辐射。 物体对投入辐射所吸收的百分数称为该物体的吸收比。 实际物体的吸收比取决于两个方面的因素：吸收物体本身的情况（物体的种类、表面温度和表面状况）和投入辐射的特性。 物体的吸收率比发射率/黑度更为复杂。 金属导电体的光谱吸收比同波长的关系 单色吸收比:物体对某一特定波长的辐射能所吸收的百分数 ? λ 非导电体材料的光谱吸收比同波长的关系 物体的单色吸收比随波长而异的特性称为物体的吸收具有选择性。 工农业生产中常常利用这种选择性的吸收来达到一定的目的。 例如蔬菜栽培过程中使用的暖房就利用了玻璃对辐射能吸收的选择性 玻璃对λ＜2.2μm的辐射能的吸收比很小，从而使大部分太阳能可以进入暖房。 暖房中物体的温度较低，其辐射能绝大部分位于λ＞3μm的红外范围内， 玻璃对λ＞3μm的辐射能的吸收率很大，从而阻止了辐射能向暖房外的散失 （2）实际物体的单色吸收比对投入辐射的波长有选择性这一事实给辐射换热的计算带来很大的困难 物体的吸收比要根据吸收一方和发出投入辐射一方两方的性质和温度确定。 如果投入辐射来自黑体，由于 ，则上式可变为 物体表面对黑体辐射的吸收比与温度的关系 （3）灰体的概念 物体的吸收比与投入辐射有关的这一特性给辐射