传热学第8章热辐射基本定律和辐射特性.ppt

第8章 热辐射基本定律和辐射特性 内容要求 掌握热辐射的基本概念； 掌握黑体，黑体辐射的基本定律； 固体和液体的辐射特性； 实际物体对辐射能的吸收与辐射的关系； 太阳辐射。 8-1 热辐射现象的基本概念 8.1.1 热辐射 1. 辐射：是指物体受到某种因素的激发而向外发射 辐射能的现象。 受热，电子碰撞， 光照，化学反应等。 2. 热辐射：物体由于受热而向外发射辐射能的现象。 3. 辐射换热（radiation heat transfer） 物体间以辐射方式进行的包含 辐射与吸收过程综合结果的热量 传递过程。 两物体温度不同时，高温物体失去热量； 两物体温度相同时，辐射换热量为零。 （2）所有温度大于 0K 的实际物体都具有发射 热辐射的能力。 （3）热辐射过程中不仅有能量的传递， 而且有能量形式的转化。 （1）可以不依靠中间媒介，在真空中传播。 热力学能 热力学能 辐射能 4. 热辐射的特点 2. 热辐射的波长范围 理论上 ? ：0— ? 整个波谱； 日常生活, 工业上常见的温度范围（太阳辐射） ? ：0.1— 100 μm， 包括部分紫外线，可见光，部分红外线； 工业上常见温度范围T≤2000K时： ? ：0.76— 10 μm 8.1.2 从电磁波的角度描述热辐射的特性 1. 传播速率与波长，频率间的关系 3. 物体表面对热辐射的作用 投入辐射Q： 单位时间投射到单位面积物体表面上 全部波长范围内的辐射能。W/ｍ2 根据能量守恒： 或： （1） 吸收比，反射比和透过比 吸收比α，反射比ρ，透过比τ （2）不同物体表面的辐射特性 热辐射投射到固体，液体表面上： 漫射表面： 漫反射和漫发射 热辐射投射到气体表面上： 容积性 镜反射 (Specular reflection) 漫反射 (Diffuse reflection) 表面性 （3）固体表面的两种反射现象 主要取决于固体表面不平整尺寸 的大小（表面粗糙度）。 8.1.3 黑体，镜体和绝对透明体 1. 绝对黑体（黑体）： 2. 镜体（白体）： 3. 绝对透明体： 白雪 ： （接近黑体）； 白布，黑布吸收比基本相同； 玻璃可透过可见光，对红外线几乎不透过。 例如 黑体，白体不同于黑色物体，白色物体。 区别 黑体吸收和发射辐射能的能力最强 8.2 黑体辐射的基本定律 黑体辐射的基本定律： 斯忒藩-波耳兹曼定律， 普朗特定律， 兰贝特定律。 8.2.1 斯忒藩-波耳兹曼定律 1. 辐射力 (Emissive power) 单位时间单位面积物体表面向半球空间的所有 方向辐射出去的全部波长范围内的辐射能量，称 为该物体表面的辐射力。E，W/m2 对黑体辐射： 2. 斯忒藩-波耳兹曼定律 1879年斯忒藩（实验）,1884年波耳兹曼（理论） 确定了黑体的 Eb与 T的关系。 式中: – 黑体辐射常数 另一种形式: 式中: C0 – 黑体辐射系数 举例 计算黑体表面温度为27℃ 和627℃时 的辐射力 Eb。 解：黑体表面温度为27℃时： 黑体表面温度为627℃时： 分析 说明 高温和低温两种情况下， 黑体的辐射能力有明显的差别。 8.2.2 普朗克定律 1. 光谱辐射力 (Emissive power) 单位时间单位面积物体表面向半球空间的所有 方向辐射出去的包含波长λ在内的单位波长的辐 射能量，称为该物体表面的光谱辐射力。 Eλ，W/m2.μm 1900年，普朗特确定黑体辐射的光谱分布规律。 2. 普朗特定律 对黑体辐射： 3. 不同温度下黑体的光谱辐射力随波长的变化： T一定时， λ一定时， 随T的升高，Ebλ,max对应 的波长λｍ向短波迁移。 4. 维恩位移定律 光谱辐射力为 Ebλ,max时，λｍ和 T 之间的关系。 可得: 并且: 当温度不变时: 推导 举例 计算温度分别为2000K 和5800K的黑体 与Ebλ,ma