传热学第8章热辐射基本定律和辐射特性.ppt

第8章热辐射基本定律和辐射特性 内容要求掌握热辐射的基本概念 掌握黑体 黑体辐射的基本定律 固体和液体的辐射特性 实际物体对辐射能的吸收与辐射的关系 太阳辐射 8 1热辐射现象的基本概念 8 1 1热辐射 1 辐射 是指物体受到某种因素的激发而向外发射辐射能的现象 受热 电子碰撞 光照 化学反应等 2 热辐射 物体由于受热而向外发射辐射能的现象 3 辐射换热 radiationheattransfer 物体间以辐射方式进行的包含辐射与吸收过程综合结果的热量传递过程 两物体温度不同时 高温物体失去热量 两物体温度相同时 辐射换热量为零 2 所有温度大于0K的实际物体都具有发射热辐射的能力 3 热辐射过程中不仅有能量的传递 而且有能量形式的转化 1 可以不依靠中间媒介 在真空中传播 4 热辐射的特点 2 热辐射的波长范围 理论上 0 整个波谱 日常生活 工业上常见的温度范围 太阳辐射 0 1 100 m 包括部分紫外线 可见光 部分红外线 工业上常见温度范围T 2000K时 0 76 10 m 8 1 2从电磁波的角度描述热辐射的特性 1 传播速率与波长 频率间的关系 3 物体表面对热辐射的作用 投入辐射Q 单位时间投射到单位面积物体表面上全部波长范围内的辐射能 W 2 根据能量守恒 或 1 吸收比 反射比和透过比 吸收比 反射比 透过比 2 不同物体表面的辐射特性 热辐射投射到固体 液体表面上 热辐射投射到气体表面上 容积性 镜反射 Specularreflection 漫反射 Diffusereflection 表面性 3 固体表面的两种反射现象 主要取决于固体表面不平整尺寸的大小 表面粗糙度 8 1 3黑体 镜体和绝对透明体 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 例如 黑体吸收和发射辐射能的能力最强 8 2黑体辐射的基本定律 8 2 1斯忒藩 波耳兹曼定律 1 辐射力 Emissivepower 单位时间单位面积物体表面向半球空间的所有方向辐射出去的全部波长范围内的辐射能量 称为该物体表面的辐射力 E W m2 对黑体辐射 2 斯忒藩 波耳兹曼定律 1879年斯忒藩 实验 1884年波耳兹曼 理论 确定了黑体的Eb与T的关系 式中 黑体辐射常数 另一种形式 式中 C0 黑体辐射系数 解 黑体表面温度为27 时 黑体表面温度为627 时 分析 8 2 2普朗克定律 1 光谱辐射力 Emissivepower 单位时间单位面积物体表面向半球空间的所有方向辐射出去的包含波长 在内的单位波长的辐射能量 称为该物体表面的光谱辐射力 E W m2 m 1900年 普朗特确定黑体辐射的光谱分布规律 2 普朗特定律 对黑体辐射 3 不同温度下黑体的光谱辐射力随波长的变化 T一定时 一定时 随T的升高 Eb max对应的波长 向短波迁移 4 维恩位移定律 光谱辐射力为Eb max时 和T之间的关系 可得 并且 解 由维恩位移公式 说明 工业上一般高温范围 2000K以下 时 与Eb max对应的 位于红外线区段 温度近于太阳表面温度 5800K 时 与Eb max对应的 位于可见光区段 5 波段内黑体辐射力 实际问题 引入辐射比 其中 为黑体辐射函数 表8 1 则波段内黑体辐射力 8 2 3兰贝特定律 1 立体角 球面度 对整个半球 对微元立体角 2 定向辐射强度 辐射强度 物体单位时间单位可见辐射面积单位立体角内发出的辐射能量 对各向同性物体表面 3 定向辐射力单位时间单位面积物体表面向某个方向发射单位立体角内的辐射能 称为该物体表面在该方向上的定向辐射力 E W m2 sr 4 兰贝特定律 黑体的定向辐射强度与方向无关 即半球空间各方向上的辐射强度都相等 即是 定向辐射力与定向辐射强度的关系 辐射力与定向辐射强度的关系 适用于 黑体漫发射体 8 3固体和液体的辐射特性 8 3 1实际物体的辐射力 1 实际物体的发射率 黑度 2 实际物体的辐射力 因此 8 3 2实际物体的光谱辐射力 1 实际物体的光谱辐射力 实际物体的光谱辐射力随波长做不规则变化 2 实际物体的光谱发射率 8 3 3实际物体的定向辐射强度 1 实际物体的定向发射率 2 定向发射率随 角的变化规律 1 黑体和漫发射体 2 金属 3 非金属 对大部分工程材料 定向发射率可视为常数 可视为漫发射体 物体的种类 物体的表面温度 物体的表面状况 只取决于物体自身特性 实验测定 8 3 4影响物体发射率的因素 种类 常温下 白色大理石0 95 镀锌铁皮0 23 温度 氧化的铝表面50 0 2 500 0 3 表面状况 无光泽黄铜0 22 磨光黄铜0 05 非金属材料较高0 85 0 95 且与表面颜色无关 例如 8 4实际物体对辐射能的吸收与辐射 8 4 1实际物体的吸收比 1 物体的吸收比 物体对投入辐射所吸收的百分数 吸收比取决于两方面因素 物体的种类 温度和表面性质 2 物体的光谱吸收比 物体对某一特定波长辐射能吸收的百分数 3 实际物体的光谱吸收比对波长具有选择性 白瓷砖 温室效应 8 4 2灰体的概念 1 灰体