2021热辐射及辐射换热.ppt

层 次 数学表达式 成立条件 光谱，定向 光谱，半球 全波段，半球 无条件， ? 为天顶角 漫射表面 与黑体处于热平衡或对 漫灰表面 ) , , , ( ) , , , ( T T ? ? ? ? ? ? ? ? ? ) , ( ) , ( T T ? ? ? ? ? ) ( ) ( T T ? ? ? 表 6-2 Kirchhoff 定律的不同表达式 注： (1) 漫射表面：指发射或反射的定向辐射强度与空间方向无 关，即符合 Lambert 定律的物体表面； (2) 灰体：指光谱吸收比与波长无关的物体，其发射和吸收 辐射与黑体在形式上完全一样，只是减小了一个相同的 比例。 思考题： 1. 什么是黑体 , 灰体 ? 实际物体在什么样的条件下可 以看成是灰体 ? 2. 光谱辐射力 , 辐射力和定向辐射强度的物理意义 . 它 们之间有什么关系 ? 3. 物体的发射率 , 吸收率 , 反射率 , 穿透率是怎样定 义的 ? 发射率和反射率有何不同 ? 4. 工业上有实际意义的热辐射波长范围 . 近红外 , 远 红外辐射概念 . 5. 漫射表面的概念 . 6. 物体的发射率取决于物体本身 , 而不涉及外部条件 . 因此 , 发射率可看成是物性 . 但是吸收率与外界条 件有关 . 为什么对于灰体 , 吸收率也可看成是物性 , 并等于发射率 ? 6.5. 维恩位移定律的表达式 . 试考虑一下它在自然科 学 及工程应用中的作用 . 8. 四个黑体辐射基本定律的物理意义及计算应用 . § 6-5 角系数的定义、性质及计算 前面讲过，热辐射的发射和吸收均具有空间方向特性，因 此，表面间的辐射换热与表面几何形状、大小和各表面的相 对位置等几个因素均有关系，这种因素常用角系数来考虑。 角系数的概念是随着固体表面辐射换热计算的出现与发展， 于 20 世纪 20 年代提出的，它有很多名称，如，形状因子、可 视因子、交换系数等等。但叫得最多的是角系数。值得注意 的是，角系数只对漫射面 ( 既漫辐射又漫发射 ) 、表面的发射 辐射和投射辐射均匀的情况下适用。 1. 角系数的定义 在介绍角系数概念前，要先温习两个概念 (1) 投入辐射 ：单位时间内投射到单位面积上的总辐射能，记为 G 。 下面介绍角系数的概念及表达式。 (1) 角系数 ：有两个表面，编号为 1 和 2 ，其间充满透明介 质，则表面 1 对表面 2 的角系数 X 1,2 是：表面 1 直接 投射到 表面 2 上的能量，占表面 1 辐射能量的百分比。即 (2) 有效辐射 ：单位时间内离开单位 面积的总辐射能为该表面的有效 辐射，参见图 6.5-1 。包括了自 身的发射辐射 E 和反射辐射 ? G 。 G 为投射辐射。 图 6.5-1 有效辐射示意图 的有效辐射 表面 的投入辐射 对表面 表面 1 2 1 2 , 1 ? X 同理，也可以定义表面 2 对表面 1 的角系数。从这个概 念我们可以得出角系数的应用是有一定限制条件的， 即 漫射面、等温、物性均匀 (6.5-1) (2) 微元面对微元面的角系数 如图 6.5-2 所示，黑体微元面 d A1 对微元面 d A2 的角系数 记为 X d1,d2 ，则根据前面的定义式有 2 2 1 2 1 b1 1 1 1 2 , 1 cos cos d d E d d cos r A A A L X b d d ? ? ? ? ? ? ? 类似地有 2 2 1 1 1 , 2 cos cos d r A X d d ? ? ? ? (3) 微元面对面的角系数 由角系数的定义可知，微元面 dA 1 对 面 A 2 的角系数为 图 6.5-2 两 微元面间的辐 射 (6.5-2b) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 2 2 2 , 1 1 2 , 1 1 2 , 1 2 , 1 A d d A d d d d A d d d X X ? ? 1 1 , 2 1 , 2 A d d d X X (4) 面对面的角系数 面 A 1 对面 A 2 的角系数 X 1,2 以及面 A 2 对面 A 1 的角系数 X 2,1 分 别为 ? ? ? ? ? ? 1 2 1 2 1 2 , 1 1 2 2 1 2 1 1 2 , 1 d 1 d d cos cos 1 A A d d A A A X A r A A A X ? ? ? 微元面 dA2 对面 A1 的角系数则为 ? ? ? ? ? ? 1 2 1 2 2 1 , 2 2 2 2 1 2 1 2 1 , 2 d 1 d d cos cos 1 A A d d A A A X A r A A A X ? ? ? (6.5-3a) (6.5-3b) (6