第12章 辐射换热PPT.ppt

第十二章辐 射 换 热 哈尔滨工业大学（威海）汽车工程学院 本章主要内容 辐射换热的基本概念 辐射换热基本定律 辐射换热的计算方法 12.1 热辐射的基本概念 12.1.1 吸收、反射与透射 投入辐射: 单位时间内投射到单位面积物体表面上的全波长范围内的辐射能。G w/m2 反射辐射: G w/m2 吸收辐射: G w/m2 透射辐射: G w/m2 G 可能被吸收、反射或穿透 根据能量守恒， 如果投入辐射是某一波长的辐射能G ，则 光谱吸收比 光谱反射比 光谱透射比 12.1 热辐射的基本概念 12.1.1 吸收、反射与透射 注意两点 （2）固体和液体对辐射能的吸收和反射基本上属于表面效应（1μm-1mm)。 （3）对于气体 τ=0 ρ=0 举 例 冬天，隔着玻璃晒太阳感觉更暖和，为什么？ 普通玻璃对太阳辐射的光几乎完全穿透，而对常温下室内物体的红外辐射热量被阻挡在房间内，这一现象类似与“温室效应”。 海水的颜色为什么总是蓝色的？ 海水对不同波长的可见光吸收率不同，对蓝色波长附近的射线吸收少，反射多，所以呈蓝色。 12.1.2 灰体与黑体 灰体： 工程常见的温度范围（≤2000K)内，，一般工程材料的光谱吸收比基本与波长无关，所以 工业上的辐射传热计算一般都按灰体处理。 注意： 黑体、白体与黑色、 白色物体的区别。 镜体（白体）： = 1 绝对透明体 ： = 1 绝对黑体： 12.1.2 灰体与黑体 吸收比 = 1的物体，简称黑体。黑体和灰体一样，是一种理想物体。 福建永定客家土楼 12.1.3 辐射强度 立体角：半径为r的球面上面积A与球心所对应的空间角度。其大小为： 单位为Sr（球面度），半球空间立体角为 2 sr 立体角在球面上所围的面积与半径的平方成正比。 辐射强度说明物体表面在空间某个方向上发射辐射能的多少。 辐射强度： 单位时间内从单位投影面积（可见面积）所发出的包含在单位立体角内的辐射能。 称为dA1在（，）方向的辐射强度，或称为定向辐射强度，单位是W/(m2Sr)。 12.1.3 辐射强度 dA1向dA2发射的辐射能为dΦ， dA1在θ方向的投影面积为dA1cosθ 辐射强度的大小不仅取决于物体种类、表面性质、温度，还与方向有关。对于各向同性的物体表面，辐射强度与经度角 无关, 对某一波长辐射能而言的辐射强度。 光谱辐射强度： 辐射强度与光谱辐射强度之间的关系 光谱辐射强度的单位为W/(m3Sr)或W/(m2mSr)。 12.1.3 辐射强度 12.1.4 辐射力 在单位时间内，每单位面积表面向其上半球空间发射的全部波长的辐射能。用E表示，单位为W/m2。黑体的辐射力Eb . 光谱辐射力： 某一波长辐射能的辐射力用E表示，单位为W/m3。 辐射力与光谱辐射力之间的关系 定向辐射力： 在单位时间内，单位面积表面向某方向发射的单位立体角内的辐射能。用E表示，单位为W/(m2sr)。 定向辐射力与辐射力之间的关系： 定向辐射力与辐射强度之间的关系： 辐射力与辐射强度之间的关系： 12.1.4 辐射力 E--辐射力 Eb--黑体辐射力 Eλ--光谱辐射力 Eθ--定向辐射力 12.2 黑体辐射的基本定律 1.普朗克（M.Planck）定律 2.斯忒藩—玻耳兹曼(Stefan-Boltzmann)定律 3.兰贝特（Lambert）定律 12.2.1 普朗克定律 C1= 3.743×10-16 Wm2 ; C2 = 1.439×10-2 mK。 1901年普朗克提出的黑体辐射能按波长的分布规律 该定律给出了黑体光谱辐射力随波长和温度的函数关系： 12.2.1 普朗克定律 特点： （1）温度愈高，同一波长下的光谱辐射力愈大； （2）在一定的温度下，黑体的光谱辐射力在某一波长下具有最大值； （3）随着温度的升高，Eb取得最大值的波长max愈来愈小，即在坐标中的位置向短波方向移动。 维恩（Wien）位移定律 12.2.1 普朗克定律 对最大的Ebλ的波长λmax与温度T存在关系 室温下呈黑色的铁棒在炉中加热时，颜色渐呈暗红、红、橙黄，为什么？ 随着铁棒加热，温度升高。其辐射能量最大波长向短波方向移动，即经历了由远红外线、近红外线到可见光的区域，因而会呈现上述颜色的变化。