物体的热辐射特性.pptVIP

Semi-transparentmedium7-1热辐射的基本概念1.热辐射特点(1)定义：由热运动产生的，以电磁波形式传递能量；(2)特点：a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；b可以在真空中传播；c伴随能量形式的转变；d具有强烈的方向性；e辐射能与温度和波长均有关；f发射辐射取决于温度的4次方。2.电磁波谱电磁辐射包含了多种形式，如图7-1所示，而我们所感兴趣的，即工业上有实际意义的热辐射区域一般为0.1~100μm。电磁波的传播速度：c=fλ式中：f—频率，s-1;λ—波长，μm电磁辐射波谱图7-1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。3.物体对热辐射的吸收、反射和穿透图7.2物体对热辐射的吸收、反射和穿透吸收比、反射比、透射比体现了能量的守衡对于大多数的固体和液体：对于不含颗粒的气体：对于黑体：镜体或白体：透明体：反射又分镜面反射和漫反射两种图7-3镜面反射图7-4漫反射1.黑体概念黑体：是指能吸收投入到其面上的所有热辐射能的物体，（吸收比α=1的物体），是一种科学假想的物体，现实生活中是不存在的。但却可以人工制造出近似的人工黑体。图7-5黑体模型§7-2黑体辐射的基本定律辐射力E：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。(W/m2)；单色(或光谱)辐射力Eλ：单位时间内，对某一给定波长，物体的单位表面积向半球空间发射的能量。(W/m2)；显然，E和Eλ之间具有如下关系：E、Eλ关系:黑体一般采用下标b表示，如黑体的辐射力为Eb，黑体的单色(或光谱)辐射力为Ebλ12342.热辐射能量的表示方法黑体辐射的三个基本定律及相关性质普朗克定律(第一个定律)：图7-6是根据上式描绘的黑体单色辐射力随波长和温度的依变关系。λm与T的关系由维恩（Wien）定律给出，图7-6Planck定律的图示231斯忒藩-珀耳兹曼（Stefan-Boltzmann）定律(第二个定律)：式中，σ=5.67×10-8W/(m2?K4)，是Stefan-Boltzmann常数。又称为四次方定律.立体角图7-8立体角定义图图7-9计算微元立体角的几何关系(4)定向辐射力Eθ定义：单位时间内，物体在单位面积上，在单位立体角内发射的一切波长的能量。(5)定向辐射强度L(?,?)：图7-10定向辐射强度的定义图它说明黑体的定向辐射力随天顶角?呈余弦规律变化，见图7-11，因此，Lambert定律也称为余弦定律。黑体的定向辐射强度与方向无关。沿半球方向积分上式，可获得半球辐射强度E:图7-11Lambert定律图示§7-3实际固体和液体的辐射特性因此，定义了发射率(也称为黑度)?：相同温度下，实际物体的半球总辐射力与黑体半球总辐射力之比:真实物体表面的发射能力低于同温度下的黑体；前面定义了黑体的发射特性：同温度下，黑体发射热辐射的能力最强，包括所有方向和所有波长；1发射率WavelengthDirection(anglefromthesurfacenormal)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实际物体的辐射力与黑体辐射力之比:实际物体的光谱辐射力与黑体的光谱辐射力之比(光谱辐射力)实际物体的定向辐射强度与黑体的定向辐射强度之比：(定向发射率)3214图7-15几种金属导体在不同方向上的定向发射率?(?)(t=150℃)图7-16几种非导电体材料在不同方向上的定向发射率?(?)(t=0~93.3℃)黑体、灰体等都是理想物体，实际物体的辐射特性并不完全与这些理想物体相同，比如，(1)实际物体的辐射力与黑体和灰体的辐射力的差别见图7-14；(2)实际物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，等等。所有这些差别全部归于上面的系数，因此，他们一般需要实验来确定，形式也可能很复杂。在工程上一般都将真实表面假设为漫发射面。图7-14实际物体、黑体和灰体的辐射能量光谱本节中，还有几点需要注意将不确定因素归于修正系数，这是由于热辐射非常复杂，很难理论确定，实