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第7章热辐射基本定律及
物体的辐射特性;1.定义;任何物体,只要温度高于0K,就会不停地向周围空间发出热辐射;
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;1?f=C;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;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,如图7-2所示。;对于大多数的固体和液体;4反射同样具有镜反射和漫反射的分别;1为什么?;带有小孔的温度均匀的空腔;黑体辐射有三个基本定律;一Stefan-Boltzmann’sLaw;?-Stefan-Boltzmann常数
5.67?10-8W/(m2·K4)
C0-黑体辐射系数
5.67W/(m2·K4);1879年由Stefan根据实验结果提出,1884年由Boltzmann用理论分析法予以证实;
Boltzmann其人
热科学领域杰出的科学家
1906年亚德里亚海
Boltzmanntransportequation
E?T4;二Planck’sLaw;式中:
λ—波长,m
T—黑体温度,K
c1—第一辐射常数,3.742×10-16W?m2;
c2—第二辐射常数,1.4388×10-2W?K;;3Planck定律和Stefan-Boltzmann定律的关系;5黑体辐射函数;表7-1黑体辐射函数表(注意单位);温度(K);三Lambert’sLaw;在相同的立体角的基础上比较!;2单位可见辐射面积;1)定义;1)定向辐射强度与方向无关的规律;5黑体定向辐射强度与辐射力之间的关系;Stefan-Boltzmann’sLaw;§7-3实际固体和液体的辐射特性;1发射率(emissivity);3说明;二实际物体的光谱辐射力E?;2光谱辐射力E?;三实际物体的定向辐射强度;2实际物体定向发射率?(?)的变化规律;非金属
0~60o,?(?)?常数,然后随?增大而急剧减小;3法向黑度?n;4影响?、??、??的因素;对应于黑体的辐射力Eb,光谱辐射力Eb?和定向辐射强度L,分别引入了三个修正系数,即:发射率?,光谱发射率?(?)和定向发射率?(?),其表达式和物理意义如下;(1)实际物体的辐射力与黑体和灰体的辐射力的差别见右图;
(2)实际???体的辐射力并不完全与热力学温度的四次方成正比;
(3)实际物体的定向辐射强度也不严格遵守Lambert定律。
所有这些差别全部归于上面的系数;
在工程上一般都将真实表面假设为漫发射面。;§7-4实际物体的吸收比和基尔霍夫定律;1投入辐射G;3光谱吸收比??;根据前面的定义可知,物体的吸收比除与自身表面性质和温度有关外,还与投入辐射按波长的能量分布有关。设下标1、2分别代表所研究的物体和产生投入辐射的物体,则物体1的吸收比为;如果投入辐射来自黑体,则上式可变为;物体的选择性吸收特性
太阳能集热器
太阳镜、防晒霜等
农业生产
多彩的世界
给工程中辐射换热的计算带来巨大麻烦
一般有两种处理方法
(1)灰体法
(2)谱带模型法;4灰体;1859年,Kirchhoff(德国物理学家,当时25岁)提出了Kirchhoff定律。;如图所示,板1为黑体,板2是任意物体,参数分别为Eb、T1以及E、?、T2,则当系统处于热平衡时,有;黑体投入辐射
系统处于热平衡;2漫射灰体的吸收比与发射率之间的关系;Kirchhoff定律的不同表达式;辐射换热波长范围内,如果?与波长无关,则可
以看成灰体而不必考虑整个波长范围的情况
工程上大部分材料都具备这一特点
辐射能力越大,吸收能力越大
涉及太阳辐射,物体一般不能看成灰体
太阳辐射中可见光的比例将近一半,大多数材料
对可见光有强烈的选择性;三温室效应;作业:
7-4
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