传热学第八章1.ppt

传 热 学;第七章  热辐射基本定律及辐射特性;7.1 热辐射现象的基本概念;２、特点;7.1.2 从电磁波的角度描述热辐射的特性;2、电磁波的波谱;红外辐射的应用; 当热辐射投射到物件上时，遵循着可见光的规律，其中部分被物体吸收，部分被反射，其余则透过物体。 ;对于大多数的固体和液体：;（2）固体表面的两种反射;为研究辐射特性可提出以下理想辐射模型： 黑 体：α=1 ρ=0 τ=0； 白 体：α=0 ρ=1 τ=0； 透明体:α=0 ρ=0 τ=1;具有一个小孔的等温空腔表面，若有外部投射辐射从小孔进入空腔内，必将在其内表面经历无数次的吸收和反射，最后能够从小孔重新选出去的辐射能量必定微乎其微。认为几乎全部入射能量都被空腔吸收殆尽。从这个意义上讲，小孔非常接近黑体的性质。;热辐射能量的表示方法;E、Eλ关系:;7.2.1 Stefan-Boltzmann定律;式中，λ— 波长，m ； T — 黑体温度，K ； c1 — 第一辐射常数，3.7419×10-16 W?m2； c2 — 第二辐射常数，1.4388×10-2 W?K； ;Planck 定律的图示;λm与T的关系由Wien位移定律给出：;【解】应用Wien位移定律 T=2000K时 ?max=2.9?10-3/2000=1.45 ?m T=5800K时 ?max=2.9?10-3/5800=0.50 ?m 常见物体最大辐射力对应的波长在红外线区 太阳辐射最大辐射力对应的波长在可见光区;在实际中，有时需求出某一特定波长的辐射能量。如图中的在?1和?2之间的线下面积。黑体在波长λ1和λ2区段内所发射的辐射力：;黑体辐射函数;【例】试求温度为3000K和6000K时的黑体辐射中可见光所占的份额。;定义：立体角为一空间角，即被立体角所切割的球面面积除以球半径的平方称为立体角，单位：sr( 球面度 ) 。;定义：单位可见面积发射出去的落在空间任意方向的单位立体角中的能量。;3 Lambert定律(余弦定律);黑体辐射力E:;１、Stefan-Boltzmann定律：确定黑体辐射力 ２、Planck定律：黑体辐射能量按波长分布规律 ３、Lambert定律 ：黑体辐射能量按空间方向的分布规律。 维恩位移定律：确定黑体的光谱辐射力峰值所对于的最大波长。;7.3.1 实际物体的辐射力;7.3.2 实际物体的光谱辐射力;光谱发射率：实际物体的光谱辐射力与黑体的光谱辐射力之比;定向发射率：实际物体的定向辐射强度与黑体的定向辐射强度之比。;几种金属导体在不同方向上的定向发射率(? )(t=150℃);几种非导电体材料在不同方向上的定向发射率ε(? )(t=0～93.3℃);2、定向发射率与半球平均发射率间的关系 ;3、影响物体发射率的因素; 对应于黑体的辐射力Eb，光谱辐射力Eb?和定向辐射强度L，分别引入了三个修正系数，即发射率?，光谱发射率?(? )和定向发射率?(? )，其表达式和物理意义如下;投入辐射：单位时间内投射到单位表面积上的总辐射能 ;1、光谱吸收比：物体吸收某一特定波长的辐射能的百分数称为光谱吸收比，也叫单色吸收比。光谱吸收比随波长的变化体现了实际物体的选择性吸收的特性。;物体的光谱吸收比随波长而异的这种特性称为物体的吸收具有选择性。;根据前面的定义可知，物体的吸收比除与自身表面性质的温度有关外，还与投入辐射按波长的能量分布有关。设下标1、2分别代表所研究的物体和产生投入辐射的物体，则物体1的吸收比为;如果投入辐射来自黑体，由于 ，则上式可变为;图8-19 物体表面对黑体辐射的吸收比与温度的关系 材料自身温度T1为294K;灰体：光谱吸收比与波长无关的物体称为灰体。此时，不管投入辐射的分布如何，吸收比?都是同一个常数。;发射辐射与吸收辐射二者之间的联系： 最简单的推导是用两块无限大平板间的热力学平衡方法。如图所示，板1时黑体，板2是任意物体，参数分别为Eb, T1 以及E, ?, T2，则当系统处于热平衡时，有 ;在热平衡条件下，任何物体的辐射和它对来自黑体辐射的吸收比的比值，恒等于同温度下黑体的辐射力。 ; 该式说明，在热力学平衡状态下，物体的吸收率等与它的发射率。但该式具有如下限制： 整个系统处于热平衡状态； 投射辐射源必须是同温度下的黑体。;漫射灰体; 为了将Kirchhoff 定律推向实际的工程应用，人们考察、推导了多种适用条件，形成了该定律不同层次上的表达式。;例、北方深秋季节的清晨，树叶叶面上常常结霜。试问树叶上、下去面的哪一面结箱?为什么?;如图所示的真空辐射炉，球心处有一黑体加热元件，试指出①，②，③3处中何处定向辐射强度最大?何处辐射热流最大?假设