第八章热辐射的基本定律传热学PPT课件.ppt

1 第八章 热辐射的基本定律 §8-1 基本概念 §8-2 热辐射的基本定律 2 辐射的定义与特点: 物质由基本微观粒子组成，当原子内部的电子受激和振动时，产生交替变化的电场和磁场，发出电磁波向空间传播，此为辐射。 不同的激发方式，产生电磁波的波长不同，它们投射到物体上产生的效应不同。 3 1. 定义 热辐射－thermal radiation: 物体由于热的原因（温度高于 0 K）(自身温度或热运动)而发射电磁波的现象。 §8-1 基本概念 一. 热辐射的本质与特点 辐射换热－radiation heat transfer: 物体之间通过热辐射交换热量的过程。 当系统达到热平衡时，辐射换热量为零，但热辐射仍然不断进行。 4 任何物体，只要温度高于0 K，就会不停地向周围空间发出热辐射；固有属性; 可以在真空中传播； 伴随能量形式的转变； 具有强烈的方向性； 辐射能与温度和波长均有关 2. 特点 5 1) f＝C 2) 电磁波谱 式中：C—介质中的光速，m/s； f — 频率，s-1; λ— 波长，m 3. 热辐射具有电磁波的共性 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波长为0.1-100μm。 6 理论上覆盖整个电磁波谱； 对于太阳辐射（约5800K）：0.22m； 可见光0.380.76m 红外线0.76251000m 一般工业范围内（2000K以下）： 0.38100m 0.7620m 远红外加热技术 9 镜反射和漫反射 镜反射 漫反射 表面不平整尺寸小于辐射波长 表面不平整尺寸大于辐射波长 10 定义：球面面积除以球半径的平方 单位：sr(球面度) 1 立体角 三 辐射强度与辐射力 11 dA2 dA1 r 12 2 辐射强度 单位时间内，在给定辐射方向上，物体在与发射方向垂直的方向上的每单位投影面积，在单位立体角内所发射全波长的能量,其符号为I，单位为W/（m2.sr） 13 单色辐射强度：单位时间内，与发射方向垂直的每单位 投影面积，在波长附近的单位波长间隔内、单位立体 角内所发射的能量；I，单位为W/（m2.sr） 14 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 E从总体上表征了物体辐射能力的大小。 3 辐射力E emissive power 15 根据E与I定义可知： 单位可见面积，单位立体角 单位发射面积 16 单色辐射力：单位时间内，物体的每单位面积、在波长附近的单位波长间隔内，向半球空间所发射的能量，E，单位为W/（m2. ） 在法线方向上： En=In 17 单色定向辐射力：单位时间内，物体的每单位面积、向 半球空间的某给定辐射方向上，在单位立体角内所发 射在波长附近的单位波长间隔内的能量。 18 1. 为什么？ 一 黑体模型 2. 黑体模型 可以全部吸收透射到其表面上的所有波长的辐射能；理想的吸收体 现实世界中并不存在严格意义上的黑体； 实验室模型 比较标准，对比研究实际物体的辐射特性 §8-2 热辐射的基本定律 19 带有小孔的温度均匀的空腔 小孔的孔径越小越大； 温度均匀是为了保证辐射均匀且各向同性。 黑体模型 20 －Stefan-Boltzmann常数,5.6710-8 W/(m2·K4) Cb－黑体辐射系数,5.67 W/(m2·K4) 黑体辐射力： 注：黑体的所有辐射参数有下角标b 21 二、普朗克(Planck)定律 式中： λ— 波长，m T — 黑体温度，K c1 — 第一辐射常数，3.742×10-16 Wm2； c2 — 第二辐射常数，1.4388×10-2 WK； 揭示了黑体单色辐射力与波长、温度之间的关系 22 23 24 三、维恩位移定律 25 解：根据维恩位移定律， 可得： 由维恩位移定律，可根据黑体的光谱求黑体温度。 如果已知黑体温度，则可以求得最大单色辐射力 所对应的波长 26 讨论：黑体温度在3800K以下时，其峰值波长处在红外线区域。 因此，在一般工程中所遇到的辐射换热，基本上属于红外辐射。 思考：金属在加热过程中，随 着温度的升高，金属颜色呈暗 红、红、黄、白，请解释这一 现象。 27 四、斯蒂芬-玻尔兹曼(Stefan-Boltzmann)定律 确定黑体辐射力Eb 黑体辐射力Eb受温度T影响很大，温度增加2倍，辐射力 增加16倍。参考书上例8-3 根据Planck定律，导出Stefan-Boltzmann定律