传热学辐射基本定律课件.pptVIP

人与墙壁间主要传热方式是辐射1

保温瓶夹层中主要依靠辐射传热2

传统工业中的辐射换热问题3

太阳能热水器是典型的利用辐射换热原理4

辐射通过低温区向人体传热5

第九章热辐射基本定律及物体的辐射特性1、热辐射的基本概念2、黑体辐射3、实际物体和灰体的辐射6

1、热辐射基本概念1)热辐射的物理本质辐射:物体通过电磁波传递能量的现象热辐射:由于热的原因而产生的电磁波辐射（改变物体内部微观粒子的热运动状态，将部分内能转换为电磁波的能量发送出去的过程）不同温度不同波长t0K内辐射能——辐射特性不同方向的物体能辐射能——吸收特性——不同波长辐射和吸收的总效果——辐射换热7

热辐射传播速度c、波长λ和频率f之间的关系c=f·λ热辐射的主要波谱:紫外可见红外近远0.10.380.76420100μm工程材料辐射(T2000K)8

2）吸收比、反射比和穿透比热辐射到达物体表面后的传播途径如图：辐射示意根据热平衡原理，投入辐射等于反射辐射、吸收辐射和穿透辐射之和。吸收比α=1→绝对黑体（黑体）反射比ρ=1→镜体（对于漫反射称为白体）穿透比τ=1→绝对透明体（透明体）9

2、黑体辐射u黑体的基本概念u辐射力和光谱辐射力u普朗克定律u维恩位移定律u斯蒂芬-波尔兹曼定律u黑体辐射函数u兰贝特定律u小结10

黑体模型：小孔模型图示窗口是黑体模型的一个实例11

辐射力:单位时间内物体单位表面积向半球空间所有方向发射的全部波长的辐射能总量，记为：E。光谱辐射力:单位时间内物体单位表面积向半球空间所有方向发射的某一波长的辐射能，记为：E。λ显然12

①普朗克定律（黑体的光谱辐射力）:式中：λ——波长，m；T——黑体的绝对温度，K；C——第一辐射常量，3.7419×10-16W·m21C——第二辐射常量，1.4388×10-2m·K213

②维恩位移定律：光谱辐射力的峰值点随温度的升高向短波区移动。由普朗克定律，令：其中：为某一温度下最大光谱辐射力所对应的波长14

③斯蒂芬-波尔兹曼定律（四次方定律)：黑体辐射力：式中：σ——黑体辐射常数，5.67×10-8W/(m2K);4C——黑体辐射系数，5.67W/(mK)24O有时需要计算某一波段的辐射能，如太阳辐射中可见光的份额。为了方便计算，引出黑体辐射函数。15

④黑体辐射函数：黑体在0~λ波长范围内发出的辐射能在其辐射力中所占的份额。其值可查教材表8-1（P360）某一波段内的辐射能黑体辐射函数动画16

⑤兰贝特定律（能量的空间分布——方向函数）a.为了描述辐射能的空间分布特性，引入立体角。立体角：球面度式中：A——球面面积；r——球面半径。微元立体角式中：θ——天顶角；φ——平面方位角。立体角动画17

b.定向辐射强度：单位时间、单位可见辐射面积在某一方向的单位立体角内所发出的辐射能，称为该方向的辐射强度，记为L（θ）。可见辐射面积:指在接受辐射方向所能看到的辐射表面积，如图可见辐射面积动画18

c.兰贝特定律（余弦定律）：黑体表面具有漫辐射（均匀辐射）的性质，在半球空间各个方向上的定向辐射强度相等。d.定向辐射力：单位时间、单位辐射面积，在某一方向P的单位立体角内辐射的能量，称为该方向的定向辐射力，记为E（θ）。对服从兰贝特定律的辐射：上式表明：单位辐射面上发出的辐射能落到空间不同方向单位立体角内的能量是不等的，其值正比于该方向与辐射面法线夹角的余弦.19

辐射力与定向辐射强度的关系：20

黑体辐射规律的小结：黑体辐射的辐射力由斯蒂芬-波尔兹曼定律确定，辐射力正比于热力学温度的四次方；黑体辐射能量按波长的分布服从普朗克定律，而按空间的分布服从兰贝特定律；黑体的单色辐射力有个峰值，与此峰值相对应的波长由维恩位移定律确定，即随着温度的升高，向短波方向移动。21

3、实际物体和灰体的辐射u发射热辐射的性质u吸收热辐射的性质u灰体u基尔霍夫定律22

1)发射热辐射的性质温度：E（T）~T（S-B定律）4黑体辐射特性：波长：E（λ）（Planck定律）方向：E（θ）=Lcosθ（Lambert定律）对于非黑体，其辐射特性要作适当修正。23

①黑度：实际物体的辐射力与同温度下黑体辐射力的比值称为实际物体的黑度，又称发射率，记为ε。对于实际物体来说，黑度仍是温度的函数，即实际物体的辐射力不满足四次方关系。24

②光谱黑度：ε=E/E，为实际λλbλ物体的光谱辐射力与同温度同波长下黑体的光谱辐射力的比值，称为实际物体的光谱黑度，又叫光谱发射率。它是温度与波长的函数。25

③定向黑度：实际物体在半球空间的辐射强度不服从兰贝特定律。定向黑度：在某一方向上实际物体的辐射强度与同温度下黑体