传热学第8章答案-2019年精选文档

1、第八章1 .什么叫黑体？在热辐射理论中为什么要引入这一概念？2 .温度均匀得空腔壁面上的小孔具有黑体辐射的特性,那么空腔内部壁面的辐射是否也是黑体辐射？3 .试说明,为什么在定义物体的辐射力时要加上“半球空间"及"全部波长的说明？34 .黑体的辐射能按波长是怎样分布的？光谱吸收力E吹的单位中分母的"m"代表什么意义？5 .黑体的辐射按空间方向是怎样分布的？定向辐射强度与空间方向无关是否意味着黑体的辐射能在半球空间各方向上是均匀分布的？6 .什么叫光谱吸收比？在不同光源的照耀下,物体常呈现不同的颜色,如何解释？7 .对于一般物体,吸收比等于发射率在什么条件

2、下才成立？8,说明灰体的定义以及引入灰体的简化对工程辐射传热计算的意义.9.黑体的辐射具有漫射特性.如何理解从黑体模型温度均匀的空腔器壁上的小孔发出的辐射能也具有漫射特性呢？黑体辐射根本定律8-1、一电炉的电功率为1KW,炉丝温度为847C,直径为1mm.电炉的效率为0.96.试确定所需炉丝的最短长度.42738473解：5.67X得L=3.61m二dL=0.96101008-2、直径为1m的铝制球壳内外表维持在均匀的温度500K,试计算置于该球壳内的一个实验外表所得到的投入辐射.内外表发射率的大小对这一数值有否影响？Eb=C0解：由丁、4<100)=35438W/m28-3、把太阳外表

3、近似地看成是T=5800K的黑体,试确定太阳发出的辐射能中可光所占的百分数.解：可见光波长范围是0.380.76NmfT寸Eb=C0/I2<100J=64200W/m可见光所占份额8-4、一炉膛内火焰的平均温度为1500K,炉墙上有一着火孔.试计算当着火孔翻开时从孔向外辐射的功率.该辐射能中波长为2Nm的光谱辐射力是多少？哪种波长下的能量最多？Eb=C.22解：1100,=287W/m12T=1500K时,'m=1.9310m8-5、在一空间飞行物的外壳上有一块向阳的漫射面板.板反面可以认为是绝热的,向阳面得到的太阳投入辐射G=1300W/m2.该外表的光谱发射率为：0WhW2N

4、m时M九=05;工T<100.'2>2Nm时.大=02.试确定当该板外表温度处于稳态时的温度值.为简化计算,设太阳的辐射能均集中在02口m之内.G=C解：由得T=463K5,8-6、人工黑体腔上的辐射小孔是一个直径为20mm的圆,辐射力Eb=3.72x10W/m一个辐射热流计置于该黑体小孔的正前方l=0.5m,处,该热流计吸收热量的面积为一521.6M10-m.问该热流计所得到的黑体投入辐射是多少？Lb=1.185105W/m2解：,所得投入辐射能量为37.2X6.4X10'=2.38X10'W8-7、用特定的仪器测得,一黑体炉发出的波长为0.7Nm的辐射能

5、在半球范围内为108W/m3,试问该黑体炉工作在多高的温度下？该工况下辐射黑体炉的加热功率为多大？42辐射小孔的面积为4M10m.解：九eC2/01代入数据得：T=1214.9K8-8、试确定一个电功率为100W的电灯泡发光效率.假设该灯泡的鸨丝可看成是2900K的黑体,其几何形状为2mmM5mm的矩形薄片.Eb=C0工100可见光的波长范围0.380.76,m那么-1T=1102m.K2T=2204m.K由表可近似取Fb0-0.38=0.092;Fb0_0.76=10.194：；.-C0工10.19-0.094%在可见光范围内的能量为100AE=10.09%发光效率E8-9、钢制工件在炉内加

6、热时,随着工件温度的升高,其颜色会逐渐由暗红变成白亮.假设钢件外表可以看成黑体,试计算在工彳温度为900c及1100c时,工件所发出的辐射能中的可见光是温度为700c的多少倍？入TW600Nm.K时Fb04=0;九T=80m.K时一九厂0.16父10:解：解：1t=700C时,T=973K,KiT=0.38父973=369.7NmK,Fb0_%=0.00,兀T=0.76父973=739.5NmK,由ATW600NmK及AT=800NmK之Fb.4值线性插值_5_得：Fb=1.116X10,FbVkp1.116x10=0.001116%可见光的能量为：1.1161045.679.734=0.56

7、72W.m2.©t=900C时,T=1173K,T=0.381173=445.7JmK,Fbo_m=0.00_4-42T=0.761173=891.5mK,Fb0i=1.56510片=1.56510=0.01565%,此时可见光的能量1.565父10r5.67父11.734=16.8W/m2.所以900c时是700c时的16.3/0.5672=29.6倍.t=1100C时,T=1373K,%T=0.38父1373=521.74NmK,Fb03=0.002T=0.761373=1043.48mK,Fb0-=5.80810,Fb“一二5.8081."=0.05808%-/-4八

8、4,此时可见光的能量为5.808105.6713.73所以1100c时是700c时的117.03/0.5672=206.3倍.=117.03W.m28-10、等温空腔的内外表为漫射体,并维持在均匀的温度.其上有一个面积为小孔,小孔面积相对于空腔内外表积可以忽略.今测得小孔向外界辐射的能量为确定空腔内外表的温度.如果把空腔内外表全部抛光,而温度保持不变,辐射有何影响？一2,0.02m的70W,试问这一小孔向外的=AC0解：J4瓯代入数据T=498.4K8-11、把地球作为黑体外表,把太阳看成是T=5800C的黑体,试估算地球外表温度.地球直径为LZgyOm,太阳直径为1.39M109m,两者相距

9、1.5父1011m.地球对太空的辐射可视为0K黑体空间的辐射.解：如下图.地球投影面积对太阳球心的张角为：二41.291070.7851.6641101421.510110.580610'43.14_222.2510=0.580610球面角=4.622610,0.地球外表的空间辐射热平衡为:8-12、如附图所示,用一个运动的传感器来测定传送带上一个热试件的辐射具有黑体的特性,文传感器与热试件之间的距离X1多大时,传感器接受到的辐射能是传感器与试件位于同一数值线上时的75%?解:按题意,卜方时,当工件位于xi处时,工件对传感器的角系数为工件在正下方时的4T格段件_X1,2WH2是A对传感

10、器的张角:X1处75%,当工件在正H2H2+X12X1,222H2X122二,故有0.75位H2E2+x：jH2X120.751x1H21xiH20.395,xi=0.395由试凑法解得H._28-13、从太阳投射到地球大气层外外表的辐射能经准确测定为1353W/m.太阳直径为91139父10m,两者相距1.5父10mo假设认为太阳是黑体,试估计其外表温度.解：太阳看成一个点热源,太阳投射在地球上的辐射总量为QsunzT、4Qsun=5.67xnX(1.39父109Ai：又<100J所以T=5774K8-14、试证实以下论述：对于腔壁的吸收比为0.6的一等球壳,当其上的小孔面积小于球的总

11、外表面积的0.6%时,该小孔的吸收比可大于99.6%.球壳腔壁为漫射体.解：设射进小孔的投入辐射为E0,经空腔内外表第一次反射的投入辐射为°E0,经第二次反射为p2E0,经第n次反射为pnE0.空腔共吸收E°dpn)=E0%(1-Off1设n=1所以E01-0.40.6%=0.36%那么小孔吸收比为1-0.36%=99.6%又由于n越大,那么小孔的吸收比越大,证实完毕.实际物体的辐射特性理由：温度升高,热辐射中的短波比例增加.8-15、材料AB的光谱发射率式儿)与波长的关系如附图所示,试估计这两种材料的发射率；随温度变化的特性,并说明理由.解：A随稳定的降低而降低；B随温度

12、的降低而升8-16、一选择性吸收外表的光谱吸收比随儿变化的特性如附图所示,试计算当太阳投入辐射.2aOEbdj2二Ebd,0为G=800W/m时,该外表单位面积上所吸收的太阳能量及对太阳辐射的总吸收比.1Ebd0a=ct.+ot1二.Ebd,0解：=0.9Fb.1.40.2Fb1.4二查表代入数据得二=0.786.0792%=0.80268-17一漫射外表在某一温度下的光谱辐射强度与波长的关系可以近似地用附图表示,试：(1) 计算此时的辐射力；(2) 计算此时法线方向的定向辐射强度,及与法线成60°角处的定向辐射强度.101520解：(1)E=Ed-Ed-Ed=125CW*a?ja?

13、jA?1015L.二(2)'dAcosSdC8-18、暖房的升温作用可以从玻璃的光谱透比变化特性解有一块厚为3mm的玻璃,经测定,其对波长为0.32.5Nm辐射能的穿透比为0.9,而对其他波长的辐射能可以完全不穿透.试据此计算温度为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.释.的5800K解：T=5800K,1T1=1740,2T2=14500由表查得=2.862,96.29L企Tf=2000K的炉子中.发射率为0.25.悬挂外表所示.试确定该外表的发出的辐射能的吸收比.同理.2=0.02%8-19、一外表的定向发射率名怦)随中角的变化如附图所示,试确定该外表

14、的发射率与法向发射率"的比值.解：法向发射率即是图中所示；0二07又；45=0.5；45=0.714所以:08-20、一小块温度Ts=400K的漫射外表悬挂在A温度炉子外表是漫灰的,且的光谱发射率如附图射率及对炉墙外表发.)2.Eb.d'.EbdqT1=-1r-2r；'3一EbEb=rFb0-'1rFb'1-'2yF=0.543因为.-2',T1Eb2T2d二二9r=0.6.Eb.T2d08-21、温度为310K的4个外表置于太阳光的照射下,设此时各外表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,哪些外表可以作为

15、灰体处理？为什么？解：太阳辐射能的绝大局部集中在2um以下的区域,温度为310K的物体解:的热量传递.3Gxsh=二,Gd|二"：Gdi：c；GdiG.d=1100W/m2域/u0JFijQftj号九(1)0346T)=；Fb0-1>2Fb1-2V-0.49E=qCb4T'2I=40677W/m2<100J(3)E=40677Gxsh所以在此条件下物件外表的温度随时间的延长而降低.综合分析8-24、一测定物体外表辐射特性的装置示于附图中.空腔内维持在均匀温度Tf=1000K;腔壁是漫灰体名=0.8.腔内1000K的热空气与试样外表间的对流换热外表传热系2数h=10

16、W/m.K.试样的外表温度用冷却水维持,恒为300C,试样外表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重.试样外表A=5cm.解：冷却水带走的热量为：-com*中0d,辐射能那么绝大局部在6um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,因而可以作为灰色处理.8-22、一直径为20mm的热流计探头,用以测定一微小外表积Ai的辐射热流,该外表温度为Ti=1000K.环境温度很低,因而对探头的影响可以忽略不计.因某些原因,探头只能安置在与人外表法线成45.处,距离l=0.5m.探头测得的热量为1.815m10

17、“w.外表A是漫射的,而探头外表的吸收比可近似地取为1.试确定A1的发射率.Ai的面积为4M10“m2.解：对探头：a245=L45dAcos45d'.1=L45Acos45-r345):1.815108-23、一外表的光谱吸收比与波长关系如附图所示,在某一瞬间,测得外表温度为1000K.投入车§射G工按波长分布的情形示于附图bo试：(1) 计算单位外表积所吸收的辐射能；(2) 计算该外表的发射率及辐射力；(3) 确定在此条件下物体外表的温度随时间如何变化,设物体无内热源,没有其他形式d*30fnrfk9=con+9rod=2+20.23=22.23W,吸收比=0.7138,

18、反射比=0.2862.反射率应以600K来计算.所以=22.23W,发射率6=0.397,吸收比a=0.714.8-25、用一探头来测定从黑体模型中发出的辐射能,探头设置位置如附图所示.试对以下两种情况计算从黑体模型到达探头的辐射能：1黑体模型的小孔处未放置任何东西；2在小孔处放置了一半透明材料,其穿透比为九<2Nm时九户0.8,九>2Nm,“九=0.C04T1100)/c4-5、R,3=1.1810W/m31AC：,-Lcos30A3=0.227mWL=r二T=2600=3200/m.K,杳表得F02=.3185所以=.1F°_i.2,F,三二0.2548所以；-：,.

19、-0.0578mW8-26、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542知辐射探头外表积Ad=10m2陶瓷涂层外表积Ac=10m.金属基板底部通过加热维持在工=90K,腔壁温度均匀且Tw=90K.陶瓷涂层厚仇=5mm,入1=60W/m.K；基板厚为与=8mm,%=30W/m.K.陶瓷外表是漫灰的,名=0.8.陶瓷涂层与金属基板间无接触热阻.试确定：1陶瓷外表的温度工及外表热流密度；2置于空腔顶部的辐射能检测器所接受到的由陶瓷外表发射出去的辐射能量；3经过屡次试验后,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及陶瓷涂层外表的辐射热流密度及发射率均保持不变,此时温度解：如下图：1稳态运行时,Ti,T2是增加,降低还是不变?电热器发出之热通过