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,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。不能作为科学依据。,本章概括：,1.,热辐射,是物体因本身温度，以电磁波形式向外界发射能量现象，是热量传递三种基本方式之一。,2.,研究热辐射意义：,在当代科学技术许多传热过程中，,辐射换热,起着主要，甚至是主导作用，需要进行准确辐射换热计算。,3.本章主要内容,：,（1）,辐射概念；基本定律；（2）黑体；实际物体辐射换热计算方法；（3）气体辐射特点。,第二篇：热量传输,第十章 辐射换热 p218,1/44,1,10.1 热辐射基本概念,1.热辐射本质,（1）,辐射,物体中分子（原子）受激发而以电磁波形式释放能量现象，称为辐射。电磁波携带能量,称为,辐射能,。,（2）,任何物体,都,随时,向周围空间,发射电磁波,，,因热原因,，以电磁波方式释放能量，即热辐射。,（3）,只要,物体温度高于绝对零度,，就会产生热辐射。以热辐射方式进行物体间热量传递，称为,辐射换热,。,（4）,辐射换热中伴随能量转换,：物质受热激发起原子复杂运动，进而向外以电磁波形式发射并传输能量。接收这种电磁波物体又将吸收,辐射能转变成热能。,2/44,2,2.辐射换热与导热、对流换热有本质区分：,（1）,热辐射所发射辐射能,取决于物体温度,，温度越高，辐射越强。,（2）,热辐射不依赖于物质媒介作用，是一个,非接触传热方式,，所以热辐射是,真空中唯一传递热量方式,。,3/44,3,3.电磁波谱（波长,）,K以下，热辐射波长普通位于0.38100,m，其中大部分位于0.7620,m,热射线：,能被物体吸收而转变成热能辐射线称作,热射线,。,热射线包含,紫外线,，,可见光,和,红外线,三个波段。,可见光:0.4 0.78,m,紫外线:10,-2,0.4,m,红外线:0.8 50,m,4/44,4,3,吸收率，反射率，穿透率,设辐射到物体表面总能量 Q，,其中：物体吸收,Q,反射,Q,穿透,Q,，则有：,Q=Q,+Q,+Q,即：,令,则,+,+,=1,(吸收率),(反射率),(穿透率),5/44,5,注意几点：,（1）,固体、液体在其表面下1m1mm之间能够将辐射能吸收完成，而且转化为热能。,（2）,实际厚度普通 远大于此，能够认为固液体不能透过热辐射，,热辐射全部被吸收或者反射，穿透率=0，即+=1,（3）对固体和液体辐射、吸收、反射特征影响原因：,物体表面材料性质、表面状态、覆盖层厚度、温度等。,（4）辐射能反射情况,决定于,热辐射波长,与,表面不平整尺寸,相对大小。,时，属于镜面反射,。,（5）,气体辐射和吸收,在整个容器中进行,，气体对辐射能,几乎没有反射能力,（吸收一部分，穿透一部分）。,6/44,6,10.2 黑体辐射,1.黑体,吸收率,1 物体叫,绝对黑体,，简称,黑体,。,反射率,1 物体叫,镜体,。（漫反射，绝对白体）,穿透率,1 物体叫,绝对透明体,，简称为“,透明体,”。,黑体是理想态,，自然界中没有天然黑体，人工可制造靠近于黑体模型。,3.黑度,（发射率）,令黑体辐射力E,b,，,实际物体辐射力E,E,b,称物体黑度,（发射率）。0 1,2.辐射力(E)（又叫“辐射照度”）,单位时间内，,单位表面积,向,表面半球空间全部方向,发射,全部波长总辐射能,。（量刚：W/m,2,）,7/44,7,10.3 辐射基本定律,10.3.1.普朗克定律（Plangck,1900）,C,1,3.74310,-6,C,2,1.438710,-2,某温度下,：,普郎克定律表明：,黑体辐射能,按照波长分布规律。或者说黑体单色辐射力E,b,随,波长,和,温度,而改变函数。,观察上图：每条曲线下面积表示,某个温度下,黑体辐射力。辐射力,E,b,随黑体温度升高而增大。,（10-8）,黑体辐射能与波长、温度关系依据式（10-8）绘制而成。,8/44,8,利用Wien位移定律，测得黑体表面,最大单色辐射力波长,m,时，就能够由之估算出表面温度。,10.3.2 维恩(Wien)位移定律,黑体辐射中,能量最大波长,m,与绝对温度成反比。,例：太阳辐射,m,0.5m，,T2.910,-3,/0.510,-6,5800K (太阳表面温度),9/44,9,10.3.3 斯特藩（Stefan）-玻尔兹曼（Boltzman）定律,C,0,黑体辐射系数,应用：,利用 Stefan-Boltzman定律，只要知道黑体表面温度，即可求出黑体在该温度下辐射力。,(10-8)带入（10-9）得到：,积分上式得,斯特藩玻尔兹曼定律,（10-11）,：,10/44,10,10.3.4.基尔霍夫,(Kirchhoff),定律,实际物体1（非黑体）,包在,黑体大空腔,内，,二者处于热平衡,。对于非黑体物1，黑体投来辐射为,E,b,，非黑体吸收率为,，非黑体,吸收了,E,b,，非黑体辐射出E,1,。二者到达平衡。,由1任意性，得：,1,基尔霍夫(Kirchhoff)定律结论：,体系处于热平衡时，任何物体,辐射力E,和,吸收率,比值,，,恒等于同温度下黑体辐射力,。与物性无关，而仅仅取决于温度。,（10-13）,（基尔霍夫定律表示式）,11/44,11,基尔霍夫(Kirchhoff)定律,推论：,物体发射力和吸收率成正比。吸收力越大则辐射力也越大。（反之亦然）,相同温度下，黑体辐射力最强。,又因,所以吸收率,黑度,热平衡时,，物体对黑体辐射,吸收率,等于同温度下该物体,黑度,。,（10-13 基尔霍夫定律）,12/44,12,10.3.5.兰贝特(Lambert)定律-黑体辐射能在空间分布,(1)定向辐射强度,I,p,（辐射强度）,在,单位时间,、,单位可见面积,、,单位立体角内,，辐射能量叫做,定向辐射强度,。,Q,p,为任意,p,方向(与法线夹角,)上辐射热流率。,是立体角（球面上表面积与球半径平方之比）。,13/44,13,（1）,能够证实，,I,p,I,m,=I,n,=,I（黑体定向辐射强度）,（10-16）,即：,黑体定向辐射强度在半球各个方向上相等。,（10-15）,（10-17,余弦定律,）,黑体面积发生辐射能,落到,空间不一样方向单位立体角中能量值,与,方向与表面法线这间夹角余弦,成正比。,（余弦定律）,（2）,14/44,14,证实：辐射物体恪守兰贝特定律时，,辐射力,是,任何方向上定向辐射强度,倍,。,底面上,微元辐射面dF,，在球面上任意辐射方向p，取面积微元dFs，则与发射方向p垂直辐射面面积为dF,cos,。立体角d。单位时间dF在p方向辐射能为dQp。所以：,图示：半球半径为r,0,此半球覆盖在辐射微元面dF所在平面上。,15/44,15,单位时间，dF对半球表面全部方向总辐射能为：,其次，QEdF,所以，E=I。,得出（3）,E=I，,符合兰贝特定律黑体表面，辐射力,是任意方向上定向辐射强 度 倍,。,16/44,16,10.4 实际物体辐射与吸收,10.4.1.实际物体辐射特征,(1).,实际物体辐射与绝对黑体不一样。,(2).,黑体单色辐射力E,b,随波长连续光滑地改变。而,实际物体单色辐射力E,随波长和温度发生不规则改变。,实际E,T2,面1失去能量：,面2得到能量：,12换热：,(1),(2),(3),36/44,36,因为换热仅发生在 1,2之间，所以,Q(1,2净)Q(1)Q(2),由(1),(2),(3),(4)，得,(4),Eb1,J,1,J,2,E,b2,表面热阻,表面热阻,空间热阻,Q,37/44,37,两平行无限大灰体平板 P.231,：,（不考虑端部逸出能量，一个表面辐射能量完全落入另一表面）,可视为 F,1,=F,2,F，且,1,2,2,1,1,令,s,1，系统黑度（发射率）,则,38/44,38,若板间有遮热板3：,串联。稳定时有,E,b1,J,1,J,3,E,b3,J,3,J,2,E,b2,Q,39/44,39,多表面间灰体辐射网络解法：,P.236,如图，三灰体表面组成封闭系统,E,b1,J,1,J,2,E,b2,J,3,E,b3,节点方程式：,P.236，(10-41)(10-43),看 P.236 例题,40/44,40,拉线法确定两表面间角系数,（垂直图面方向长度无限延伸）,作辅助线ac,bd,cb,ad,面积比用长度比代替,同理,41/44,41,10.8 气体辐射 p238,1.气体辐射与吸收特征,与分子结构相关;,对波长有选择性;,反射率为零;,在整个容积中进行。,气体辐射与吸收与气体形状和容积相关。,42/44,42,气体吸收定律贝尔定律：,积分,x0 处入射单色辐射强度,入射辐射经过厚度为 x 气体层后辐射强度,K 单色辐射减弱系数,L 气体总厚度,厚度为L气体层单色穿透率,厚度为L气体层单色吸收率,热平衡：,所以，L很大时，,为黑体,43/44,43,显然，气体对指定界面某点辐射力与气体厚度（或射线行程长度）L相关。L 取决于气体容器形状、大小。任意几何形状气体对整个容器表面（包壁）辐射平均射线行程为：,气体发射率(黑度),44/44,44,
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