[工学]8热辐射基本定率和辐射特性.ppt

第七章 热辐射基本定律及物体的辐射特性 第8章 热辐射基本定律及 物体的辐射特性 第8章 热辐射基本定律及物体的辐射特性 8.1 热辐射的基本概念 8.2 黑体辐射的基本定律 8.3 实际固体和液体的辐射特性 8.4 实际固体的吸收比和基尔霍夫定律 8.5 太阳与环境辐射 8.1 热辐射的基本概念 8.1.1 热辐射的定义及区别于导热对流的特点 热辐射在机理上与导热、对流有根本的不同。 导热与对流是由于物质微观粒子的热运动和物体宏观运动所造成的能量的转移； 热辐射是由于物质的电磁运动所引起的能量的传递。 热辐射的定义 辐射是电磁波传递能量的现象。 电磁波的波长范围从长达数百米的无线电波至小于10-14米的宇宙射线。 由于热的原因而产生的电磁波辐射称为热辐射。 热辐射区别于导热、对流的特点 热辐射的能量传递不需其他介质存在，且在真空中传递效率最高； 在物体发射与吸收辐射能量的过程中必定伴随着能量形式的转变，即存在着电磁能与热能两种能量形式的转换。 辐射具有方向性与选择性。 辐射场的描述 影响热辐射的因素： 物体温度、辐射特性、辐射方位和波长；表面状况 描述物体辐射特性的参数： 吸收率、发射率、透过率、辐射率 8.1.2热辐射的特性 辐射是电磁波，故其具有电磁辐射的共性，既满足： 电磁波波谱 电磁辐射包含了多种形式。 工业上有实际意义的热辐射区域一般为0.1~100μm。 物体表面对电磁波的作用 当热辐射投射到物体表面上时，一般会发生三种现象，即吸收、反射和穿透。 8.1.3 黑体模型 黑体 是指能吸收投入到其面上的所有热辐射能的物体（α=1）； 是一种科学假想的物体，现实生活中是不存在的； 可以人工制造出近似的人工黑体（等温腔体，内表面0.6%的小孔，α≈0.996 ）。 8.1.3 黑体模型 黑体的特性 在相同温度条件下，黑体的发射本领最大； 投射到黑体上的能量被全部吸收，吸收本领最大； 黑体的发射、吸收性质与方向无关，各个方向上的辐射强度相同，属漫发射。 黑体的辐射规律可从理论导出，其发射的能量仅与波长及温度有关。 立体角（solid angle）：用于衡量空间的面相对某一点所张开的空间角度的大小，单位(sr，空间度，球面度) 。定义为 定义1：单位时间内，物体在垂直发射方向的单位面积上，在单位立体角内发射的一切波长的能量， 辐射力E（emissive power）：单位时间内，物体的单位表面积向半球空间发射的所有波长的能量总和，单位(W/m2) 。 光谱辐射力Eλ（spectral emissive power ）：单位时间内，单位波长范围内(包含某一给定波长)，物体的单位表面积向半球空间发射的能量。 (W/m3)； 用以描述物体表面辐射能量在半球空间中的分布特征 8.2.2 Planck定律 8.2.5 小结 黑体辐射能量按波长的分布服从普朗克定律； 黑体的辐射力由斯蒂芬-波尔兹曼定律确定； 黑体辐射能量按空间分布遵循兰贝特定律； 黑体光谱辐射力峰值对应波长λm由维恩定律确定。 8.3.1 实际物体定向光谱发射率与定向发射率 定向光谱发射率（基础） 对于某一指定的方向(θ,φ)和波长?,方向发射率定义为 8.3.2 实际物体光谱发射率与发射率 光谱发射率（spectral emissivity） 实际物体的光谱辐射力与黑体的光谱辐射力之比 定向发射率与发射率间的关系 8.4.2 漫射体和灰体 漫射表面：辐射特性（反射与发射）与方向无关的表面 灰体：光谱吸收率??与波长无关的理想物体。 慢灰体：表面辐射特性与方向无关的灰体。 实际物体在红外波长范围内，大多可近似看成灰体（在工程常见温度范围≤2000K内，多数材料热辐射处于红外线辐射波长范围） 尽管辐射能量分配并非满足漫辐射特性，但大多工程材料半球平均辐射率仍然接近法向辐射率，因此，在工程辐射换热计算中近似认为服从兰贝特定律，故可近似看成慢发射体。。 一般工程材料的表面都形成漫反射。 8.4.3 基尔霍夫定律 阐述了实际物体的辐射与吸收之间的关系。 与黑体辐射处于热平衡 以两平行平板组成的系统为例，假定两板间距远小于长度与高度方向尺寸，板1为黑体，板2为任意物体表面,其辐射力与吸收比分别为?、?。 漫发射表面 慢发射表面定向发射率与方向无关。 在工程上一般都将真实物体假设为漫发射体。定向发射率用其法向发射率εn来近似代替。 注意事项 将不确定因素归于修正系数ε，这是由于热辐射非常复杂，很难理论确定，实际上是一种权宜之计； 服从Lambert定律的表面称为漫射表面。虽