传热学8热辐射基本定律.ppt

第八章热辐射的基本定律1、热辐射的本质与特点热辐射的电磁波是物体内部微观粒子的热运动状态改变时激发出来的。
辐射是物体固有特性，只要物体温度高于0K，物体总是不断的把热能转变为辐射能。
物体亦不断地吸收周围物体投射到它上面的热辐射，并把吸收的辐射能重新转变成热能。
辐射换热就是物体之间相互辐射和吸收的总效果。
当物体与环境处于热平衡时，其辐射换热量为零，但其表面上的热辐射仍在不停的进行。电磁辐射波谱速度:c=fλ
式中：c为电磁波的传播速度，在真空中c=3×108m/s,
f为频率，1/s，
λ为波长，m。1μm=10-6m。热辐射特点：
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、物体的吸收比、反射比及穿透比辐射能的吸收、反射和投射式中：各能量的百分数分别称为该物体对投入辐射的吸收比、反射比和穿透比，记为α、ρ、τ。镜反射辐射能投射到气体上时，气体对辐射能几乎没有反射能力，ρ=0，从而
α+τ=1

即吸收性大的气体，其穿透比就差。特例黑体的吸收比α=1，意味着黑体能全部吸收各种波长的辐射能。
自然界中并不存在黑体，但可以用人工的方法制造。
在空腔壁（温度均匀）上开一个小孔，由于空腔较大，投射的辐射能经小孔射入孔腔后，经多次反射吸收后才会出去。反射的能量与投入的能量相比很小，小孔面积越小，吸收比就越→1。若小孔面积/孔腔面积小于0.6％，内壁吸收率为0.6时，小孔的吸收比可大于0.996。
就辐射特性而言，小孔具有黑体表面一样的性质。黑体在热辐射分析中的特殊重要性§8-2黑体辐射的基本定律单色辐射力与辐射力之间的关系：2黑体辐射的基本定律及相关性质单色辐射力随着波长的增加，先增大，然后又减小。
最大单色辐射力所对应的波长λm与温度T之间存在着如下关系：在工业上的一般高温范围内（2000K），λmax在红外线区段。太阳辐射（5800k）λm则位于可见光区段。
实际物体的单色辐射力按波长分布的规律与普朗克定律不同，但定性上是一致的。
如加热金属，500℃以下，金属发出的基本是红外线，没有可见光，金属呈原色，600℃以上，金属相继呈现暗红、红、黄，超过1300℃开始发白。(2)斯蒂芬—玻尔兹曼定律(第二个定律)：在许多实际问题中，往往需要确定某一特定波长区段内的辐射能量。黑体在[λ1,λ2]区段所发出的辐射能为f(λT)称为黑体辐射函数。为计算方便，黑体辐射函数f(λT)已制成表格供计算辐射能量份额时查用(表8-1P214)。
已知能量份额后，在给定的波段区间，单位时间内黑体单位面积所辐射的能量可方便地由下式算出：平面角：θ=s/r[rad]（弧度）
式中：弧长s、半径r。
立体角：ω=Ac/r2微元立体角：dω=dAC/r2计算微元立体角的几何关系定向辐射强度余弦定律表明，黑体的辐射能在空间不同方向的分布是不均匀的：法线方向最大，切线方向为零。黑体能量按波长的分布——普朗可定律

黑体的辐射力——斯蒂芬—玻尔兹曼定律

黑体能量按空间的分布——兰贝特定律

单色辐射力的峰值——维恩位移定律
§8-3实际固体和液体的辐射特性实际物体、黑体和灰体的辐射能量光谱式中：I（θ）—与辐射面法向成θ角方向上的定向辐射强度，
Ib—同温下黑体的定向辐射强度。几种非导电体材料在不同方向上的定向发射率()几种金属导体在不同方向上的定向发射率()(t=150℃)尽管实际物体的定向发射率有上述变化，但ε（θ）在半球空间上的平均值ε与法向发射率的比值基本上保持不变。
对高度磨光的金属=1.2,光滑表面的物体=0.95,粗糙表面的物体=0.98。
因此往往不考虑ε(θ)的变化细节，而近似的认为大多数工程材料也服从兰贝特定律。
服从兰贝特定律的表面称为漫射表面（1）物体表面发射率取决于：
①物体的种类（常温下白大理石0.95，镀锌铁皮0.23）
②表面温度（严重氧化的铝表面在50℃时为0.2,在500℃时为0.3）
③表面状况（同一种金属材料高度磨光时发射率很低，而粗糙时则很大。例无光泽黄铜0.22，磨光的黄铜0.05）。
黑度只与发射辐射的物体本身有关，而不涉及外界条件（2）实际物体的辐射特性在定性上与黑体相似，但定量上则比较复杂，
在工程计算中，发射率、单色发射率及定向发射率仅在对表面作精细计算时才用到。
无论是发射率、单色发射率及定向发射率，它们仅取决于物体本身的温度及表面状况，与外界条件无关，即它们是物性参数。§8-4实际固体的吸收比和基尔霍夫定律金属导电体的光谱吸收比同波长的关系非导电体材料的光谱吸收比同波长的关系例如蔬菜栽培过程中使用的暖房就利用了玻璃对辐射能吸收的选择性
玻璃对λ