热辐射基本定律和辐射基本特性分解.pptx

1传热学第八章热辐射基本定律和辐射特性§8-1热辐射现象的基本概念

2.电磁波谱一、吸收比、反射比和穿透比注意：二、黑体模型
能吸收投入到其表面上的所有热辐射能的物体，是一种科学假想的物体，现实中并不存在。白雪：（接近黑体）；
白布，黑布吸收比基本相同；
玻璃可透过可见光，对红外线几乎不透过。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)；四.定向辐射强度单位时间、单位可见辐射面积向
（θ，φ）方向的单位立体角内发
射的所有波长的总辐射能，单位为
W/(m2sr)。一、普朗克定律维恩（Wien）位移定律:2）波段辐射力与黑体辐射函数表根据普朗克定律表达式，三.兰贝特定律（余弦定律）大多数工程材料表面辐射近似服从兰贝特定律，服从兰贝特
定律的表面称为漫射表面例8-1太阳是一个直径大约1.39×109m，表面温度达5762K
的炽热火球，它的总辐射功率达到3.8×1026W，达到地球范围的辐射能量仅占其中的22亿分之一。试计算5762K温度下黑体辐射中可见光（0.38~0.76m）和一定范围内红外辐射（0.76~40m）能量的比例。可见光波段的辐射能量比例为8-3灰体和基尔霍夫定律★发射率（黑度）ε——
实际物体的辐射力与同温度下黑体的辐射力的比值。★实际物体定向发射率——1、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；
2、实际物体的定向发射率并不完全符合兰贝特定律，但仍然近似地认为大多数工程材料服从兰贝特定律；
3、发射率只与发射辐射的物体本身有关，而不涉及外界条件。（1）投入辐射：
单位时间内从外界辐射到物体单位表面积上的能量。
（2）选择性吸收：
投入辐射本身具有光谱特性，因此，实际物体对投入辐
射的吸收能力也根据其波长不同而变化—选择性吸收。几种金属材料光谱吸收比1859年，Kirchhoff提出了Kirchhoff定律。讨论★工程材料在≤2000K时，一般均能按漫灰体处理。研究太阳
辐射时一般物体不能简化为灰体。例8-2温度等于800K的一个漫射表面的光谱发射率随波长
的变化如图所示。求该表面的发射率和总辐射力。该表面的发射率热辐射理论上热辐射的波长范围从零到无穷大，但在日常生活和工业上常见的温度范围内，热辐射的波长主要在m至100m之间,包括部分紫外线、可见光和部分红外线三个波段。当热辐射投射到物体表面上时，一般会发生三种现象，即反射、吸收和穿透，如图7-2所示。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：4.黑体
黑体：是指能吸收投入到其面
上的所有热辐射能的物体，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。白雪：（接近黑体）；
白布，黑布吸收比基本相同；
玻璃可透过可见光，对红外线几乎不透过。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)；
光谱辐射力Eλ：单位时间内，单位波长范围内(包含某一给定波长)，物体的单位表面积向半球空间发射的能量。(W/m2µm)；2.黑体辐射的三个基本定律及相关性质不同温度下黑体的光谱辐射力随波长的变化：维恩位移定律(2)Stefan-Boltzmann定律(第二个定律)：举例(3)波段内黑体辐射力：(4)立体角图8-9计算微元立体角的几何关系定义：单位时间内，物体在垂直发射方向的单位面积上，在单位立体角内发射的一切波长的能量，参见图8-10。图8-11Lambert定律图示§8-3固体和液体的辐射特性上面公式只是针对方向和光谱平均的情况，但实际上，真实表面的发射能力是随方向和光谱变化的。对于指定波长，而在方向上平均的情况，则定义了半球光谱发射率，即实际物体的光谱辐射力与黑体的光谱辐射力之比对应于黑体的辐射力Eb，光谱辐射力Eb和定向辐射强度I，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漫发射的概念：表面的方向发射率()与方向无关，即定向辐射强度与方向无关，满足上诉规律的表面称为漫发射面，这是对大多数实际表面的一种很好的近似。图8-16几种非导电体材料在不同方向上的定向发射率()(t=0~93.3℃)前面讲过，黑体、灰体、白体等都是理想物体，而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8-14；(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。本节中，还有几点需要注意
将不确定因素归于