第8章 热辐射基本定律和辐射特性.doc

第8章热辐射基本定律和辐射特性课堂讲解课后作业【8-10】一等温空腔的内表面为漫射体，并维持在均匀的温度。其上有一个面积为0.02的小孔，小孔面积相对于空腔内表面积可以忽略。今测得小孔向外界辐射的能量为70W，试确定空腔内表面的温度。如果把空腔内表面全部抛光，而温度保持不变，问这一小孔向外的辐射有何影响？【解】小孔可以当做黑体来处理，小孔的黑体特性与空腔的内表面的性质无关，故不影响小孔向外的辐射。【8-18】暖房的升温作用可以从玻璃的光谱穿透比变化特性解释。有一块厚为3mm的玻璃，经测定，其对波长为0.32.5m的辐射能的穿透比为0.9，而对其他波长的辐射能可以认为完全不穿透。试据此计算温度为5800K的黑体辐射及温度为300K的黑体辐射投射到该玻璃上时各自的总穿透比。【解】T1=5800K，T2=300K，【8-21】温度为310K的4个表面置于太阳光的照射下，设此时各表面的光谱吸收比随波长的变化如附图所示。试分析，在计算与太阳能的交换时，哪些表面可以作为灰体处理？为什么？【解】太阳辐射能的绝大部分集中在2m以下的区域，温度为310K的物体辐射能则绝大部分在6m以上的红外辐射，由图可见，第一种情形与第三种情形，上述波段范围内单色吸收率相同，因而可以作为灰体处理。【8-23】已知一表面的光谱吸收比与波长关系如附图所示，在某一瞬间，测得表面温度为1100K。投入辐射G按长分布的情形示于附图b。试：(1) 计算单位表面积所吸收的辐射能；(2) 计算该表面的发射率及辐射力；(3) 确定在此条件下物体表面的温度随时间如何变化，设物体无内热源，没有其他形式的热量传递。【解】(1)(2)T=1100K，(3) ，所以在此条件下物件表面的温度随时间的延长而降低。【8-24】一测定物体表面辐射特性的装置示于附图中。空腔内维持在均匀温度Tf=1000K；腔壁是漫灰体=0.8，腔内1000K的热空气与试样表面间的对流换热表面传热系数h=10W/(m2K)；试样的表面温度用冷却水维持，恒为300。试样表面的光谱反射比示于附图。试：(1) 计算试样的吸收比；(2) 确定其发射率；(3) 计算冷却水带走的热量。试样表面A=5cm2。【解】(1)Tf=1000K，(2) Tf=273+300=573K，(3) 冷却水带走的热量为：【8-26】为了考验高温陶瓷涂层材料使用的可靠性，专门设计了一个试验，如附图所示。已知辐射探头表面积Ad=10m2，陶瓷涂层表面积Ac=10-4m2。金属基板底部通过加热维持在T2=1500K，腔壁温度均匀且Tw=90K。陶瓷厚1=5mm，1=60W/(mK)；基板厚为2=8mm，2=30W/(mK)。陶瓷表面是漫灰的，=0.8。陶瓷涂层与金属基板间无接触热阻。试确定：(1) 陶瓷表面的温度T1及表面热流密度；(2) 置于空腔顶部的辐射能检测器（辐射探头）所接受到的由陶瓷表面发射出去的辐射能量；(3) 经过多次试验后，在陶瓷涂层与基板之间产生了很多小裂纹，形成了接触热阻，但Tw及陶瓷涂层表面的辐射热流密度及发射率均保持不变，此时温度T1及T2是增加、降低，还是不变？【解】如图所示：(1) 稳态运行时，电热器发出之热通过导热传导到陶瓷表面上，再通过辐射传递到腔壁四周，设陶瓷表面温度为T2，则有用试凑法或计算机迭代，解得： (2) 对于漫灰体，兰贝特定律由于辐射探头面积Ad和陶瓷涂层表面积Ac都很小，可按照微元面积来处理，面积Ad可构成微元角，则， 面积Ad