热辐射原理及计算.ppt

* 热辐射 Heat Radiation Keywords: Radiation heat transfer, Emissivity,Absorptivity, Reflectivity, Transmissivity, Pranck law, Stefan-Boltamann law, Kirchhoff law 主要内容： 热辐射的基本概念、基本定律； 辐射传热计算的基本方法。 作业：练习题4-12, 4-13 1 热辐射的基本概念 ① 热辐射机理的定性描述： 物体受热后→其中某些原子or 分子“激发态”，从激发态 → 低能态→能量就以电磁波辐射的形式发射出来。 ② 热射线 可见光线(波长：0.4～0.8μm——T↑↑，热效应明显) 红外光线(波长：0.8～20 μm——多数具有实际意义热辐射波长→决定作用) 自发 物体因热的原因，对外以电磁波形式向外发出辐射能→吸收→热能。 (1) 热辐射 (T↑，热辐射↑) (2)热辐射对物体的作用——A、R、D 被吸收QA； 被反射QR； 穿透物体QD。 ③ 热射线的特点： 在均质介质中→直线传播； 在真空、多数气体中→完全透过； 在工业上常见的多数固体or液体中→不能透过。 与可见光一样，服从反射与折射定律。 当热辐射的能量投射在某一物体上时，其总能量Q： 理想物体，作为实际物体一种比较标准→简化辐射传热计算。 ① 黑体、镜体、透过体、灰体 黑体(绝对黑体)：A=1，R=D=0→辐射与吸收能力max， 在热辐射的分析与计算中具有特殊重要性。 镜体(绝对白体)：R=1，A=D=0； 能全部反射辐射能，且入射角等于反射角(正常反射)。 透过体(绝对透过体)：D=1，A=R=0；能透过全部辐射能的物体。 实际上： 对 无光泽的黑体表面，A=0.96～0.98——接近黑体； 磨光的铜表面，R=0.97——近似镜体； 单原子or对称双原子气体，D↑——视为透过体。 物体的性质； 表面状况； 温度； 投射辐射线的波长。 物体的A、R、D→其大小取决于： 灰体——能以相同吸收率吸收所有波长范围辐射能的物体； A与辐射线波长无关，即物体对投入辐射的吸收率与外界无关； 不透过体，A+R=1 →工业上常见固体材料(0.4～20 μm)。 特点： (3) 辐射传热 物体之间相互辐射与吸收辐射能的传热过程。 物体在一定温度下，单位时间、单位表面积所发出全部波长的总能量。 E（J/m2·s，即W/m2） 2 固体的辐射能力 表征固体发射辐射能的本领 单色辐射能力：在一定温度下，物体发射某种波长的能力，记作：Eλ(W/m3) 定义： Planck law ——黑体的单色辐射能力Ebλ随波长λ、温度T的变化规律 ① 对应于每一温度T→均为一条能量分布曲线； 式中： Ebλ——黑体的单色辐射能力，W/m2； T —— 黑体的绝对温度，K； C1—— 常数，其值为3.743×10-16，W·m2； C2—— 常数，其值为1.4387×10-2，m·K。 Ebλ λ T3 T2 T1 从图中可见： 紫外灾难 ② T↑ ，Ebλ，max移向波长较短的方向 ③ 等温线下的面积→黑体的辐射能力Eb 另外： 由于地表温度和太阳表面温度的差异，使得二者辐射波长不同，又由于大气层中的CO2吸收地球辐射波，导致温室效应。 (2) Stefan-Boltzmann law(四次方定律) 黑体的辐射系数 由四次方定律：Eb对T敏感，T↑，热辐射起主导作用。 ——黑体辐射能力Eb与T 间的关系 (3) 灰体的辐射能力E — ε ε：是物体本身的特性 物体的性质； 温度； 表面状况(表面粗糙度、氧化程度)。 ε由实验测定 将Stefan-Boltamann law用于灰体： 物体的黑度ε 为 同温度下灰体与黑体的辐射能力之比，即ε=E/Eb C：灰体辐射系数； 定义： ——灰体辐射能力与吸收能力间(E～A)的关系 任何灰体的辐射能力与吸