传热学第八章 热辐射基本定律和辐射特性.ppt

1、掌握热辐射和辐射换热的基本原理及特点； 2、掌握黑体、灰体、辐射力、光谱辐射力、有效辐射、投入辐射、吸收比、反射比、穿透比、白体、镜体、透热体、黑度等基本概念； 3、掌握黑体辐射的四个基本定律； 4、了解气体辐射、太阳辐射和环境辐射的相关概念. 传统工业中的辐射换热问题 关于物体的颜色 我们所看到的物体颜色是由于从该表面发出的单色光线（辐射）投入到了我们的眼睛。 而从表面发出的辐射可能是自身发射的，也可能是反射投入其表面上的可见光。 如果物体全部吸收各种可见光，它就呈黑色； 如果物体全部反射各种可见光，它就呈白色； 如果物体只反射了一种波长的可见光，则它就呈现该反射的辐射线的颜色。 注意：黑体、白体与黑色物体、白色物体不同 颜色是对可见光而言的 黑体、白体及透明体都是对全波长而言的，而可见光只占全波长中的一小部分 故：物体对外来全波长射线的吸收能力的高低，不能凭物体的颜色来判断，白颜色物体（反射的射线在可见光部分呈白色）不一定是白体；黑颜色物体不一定是黑体 例如：雪对可见光是良好的反射体，所以肉眼看到是白色的，但对红外线几乎能全部吸收α= 0.985 ，ε= 0.8 白布和黑布对可见光吸收率不同，但对红外线的吸收率基本相同 玻璃只透过可见光，对λ 3 μ m的红外线不透明 4、兰贝特定律 1)立体角 2）可见辐射面积 是指从空间某方向所看到的表面有效面积。如右图中的可见辐射面积为： dA=dA1cosθ 注意： 黑体表面为漫辐射表面 漫辐射表面：辐射强度在空间各个方向上都相等 只有漫辐射表面：Ι是常数 试从热辐射观点分析，用电炉来烘烤某一工件，把工件放在电炉的正上方热得快还是放在电炉的边沿热得快？为什么？ 答：虽然不论是放在上方，还是放在边沿，工件被辐射照射面积相同，所张立体角也相同，但一个是法向，一个是成θ角的偏向，而Φθ=Φncosθ，所以工件放在电炉正上方(即法向)得到的辐射热多，热得快。 传热学问题思考 几种假想物体 二、基尔霍夫定律 （辐射ε与吸收α间的关系） ε εθελεn 种类、表面状况、T1，自身因素 α αλ 种类、表面状况、T1，自身因素，T2 将木板和铝板同时放在太阳光下，哪个温度高？ 为什么？ §8-5太阳辐射和环境辐射 峨嵋宝光条件:空气湿度大;太阳位于地平附近;山顶晴朗,山下云雾. 原因:云雾滴对太阳光散射,衍射,形成光环 可见光区 (0.4-0.76μm）能量占总能量的50%，具有光效应，是人类肉眼可见光谱区，也是植物光合作用的有效光谱区。可见光可按波长由长至短分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光。太阳辐射的最大波长。 紫外光区（λ0.4μm） 能量占总能量的7%，具有化学效应，全部到达地面有毁灭生物的作用，幸大气中O3层吸收而到达地面的极少，它具有杀菌消毒，促进种子萌发的作用。 红外线区（λ0.76μm）能量占总能量的43%，具有热效应，起着加热地面、大气、动、植物等物体的作用。 三、大气对太阳辐射的减弱 一、实际固体和液体的辐射 1、定义 发射率（黑度） 实际物体的辐射力 ，W/m2 黑体的辐射力，W/m2 光谱发射率（单色黑度） 则 §8-3 固体和液体的辐射特性 （8-19） （8-18） （8-17） 2、定义定向发射率（定向黑度） 实际物体的定向辐射强度不服从兰贝特定律 3、发射率 大小 ∵半球平均发射率（平均黑度） ，高度磨光的金属表面 ， 其它一般材料 法向发射率 求碳化硅辐射力 分析钨丝发光效率 （8-21） 表8-2 例题8-5 例题8-6 4、影响物体发射率的因素 ①物质的种类 由大至小排列： ②表面温度 有温度范围下的 （例：严重氧化的铝 ， ） ③表面状况 非金属材料：与表面状况关系不大 金属材料 非金属材料(0.85～0.95) 灯黑(0.95～0.97) 水(0.96) 金属 材料(0.6～0.8) 磨光的表面(0.02～0.38) 粗糙、氧化的表面(0.6～0.8) 一般地 表8-2 注意：黑度只与发射体有关，与投入辐射无关 一、实际物体的吸收比 1、光谱吸收比 ——某特定 的投入辐射被吸收的百分数 （与温度及波长分布有关） 结论：物体对不同波长 的投入辐射的吸收是有选择性的 投入辐射：单位时间内从外界辐射到物体单位表面积上的能量: w/m2 §8-4 实际物体对辐射能的吸收与辐射的关系 8-17 铜与铝的光谱吸收比与波长的关系 结论：物体对不同波长 的辐射吸收是有选择的 返回 8-18 2、吸收比 ——物体对全部波长（ ）的 投入辐射所吸收的百分数 若