热辐射的基本概念及基本定律学习教案

1、会计学1热辐射的基本概念及基本定律热辐射的基本概念及基本定律第一页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律2 1. 理解热辐射的本质和特点以及吸收比、反射比、穿透比、黑体、透明体、灰体、漫射体、辐射力、有效辐射等概念。 2. 掌握热辐射的基本定律及黑体辐射函数(hnsh)表的应用。 3. 理解实际物体的辐射特性及其黑度、吸收比的确定方法。 4掌握气体辐射的特点，了解太阳辐射的特点。 基 本 要 求第1页/共61页第二页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律3第2页/共61页第三页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律4

2、电磁波波谱(bp)：热射线包括(boku):可见光:=0.380.76m部分紫外线:0.38m部分红外线:0.76m=0.1100m第3页/共61页第四页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律5 工程上，辐射物体温度一般在 2000K以下，热辐射主要集中于红外线区域。 辐射体温度不同，辐射能量的强度不同，辐射光的颜色也不同。 在工程技术中，常常可根据灼热物体的颜色来近似估计物体的温度 。 例如，金属工件(gngjin)的加热。第4页/共61页第五页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律6 发光颜色与对应温度(wnd)的关系第5页/共61页第六

3、页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律7 辐射换热:当物体温度不同时，物体之间通过热射线的相互辐射和吸收，进行能量交换(jiohun)的现象。第6页/共61页第七页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律8 （2）在辐射换热过程中，不仅有能量(nngling)的交换，而且还有能量(nngling)形式的转化。吸收热辐射时：辐射能 内热能 发射热辐射时：内热能 辐射能 第7页/共61页第八页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律9第8页/共61页第九页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律10

4、 辐射(fsh)换热的主要影响因素 （1）物体本身的温度、表面辐射特性； （2）物体的大小、几何形状及相对(xingdu)位置。 返回(fnhu)第9页/共61页第十页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律11 当辐射能量为G的热射线落到物体表面时，G部分被物体吸收，G部分被物体反射(fnsh),G部分则透过物体。 根据能量守恒原理： G= G+G+ G第10页/共61页第十一页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律121 GGGGGG GGGGGG ,1定义(dngy)：第11页/共61页第十二页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射

5、的基本概念及基本定律131单色透射比单色吸收(xshu)比单色反射(fnsh)比第12页/共61页第十三页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律14 固体和液体：由于分子排列紧密，只要稍具厚度，热射线(shxin)就不能穿透（=0）。 1 气体(qt)：几乎对热射线不反射（=0）。 1 可见(kjin)，吸收能力大的气体，其穿透能力就小，反之亦然。 可见，对固体和液体而言，吸收能力大的物体其反射能力就小，反之亦然。第13页/共61页第十四页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律15第14页/共61页第十五页，共61页。2022-6-19第五章

6、 热辐射的基本概念及基本定律1611，认为是透热体。，认为是透热体。第15页/共61页第十六页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律17 (a)镜反射 (b)漫反射 第16页/共61页第十七页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律18 2.对热射线而言的黑白概念与日常的不同(b tn)(对热射线而言的黑白概念是对整个热射线范围而言的，可见光只是其中的一部分)。第17页/共61页第十八页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律19返回(fnhu)第18页/共61页第十九页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本

7、概念及基本定律20 一、辐射力 辐射力E ：物体在单位时间内单位表面积向半球空间所有(suyu)方向发射的全波长辐射能的总和,单位为W/m2。 一、辐射力二、有效(yuxio)辐射第19页/共61页第二十页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律21 单色辐射力E: 物体(wt)在单位时间内单位表面积向半球空间所有方向发射的某一波长的辐射能,单位为W/m3。 根据定义,辐射力与单色辐射力之间的关系为 dEE0ddEE第20页/共61页第二十一页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律22 第21页/共61页第二十二页，共61页。2022-6-19

8、第五章 热辐射的基本概念及基本定律23fen)fen)反射出去。反射出去。返回(fnhu)第22页/共61页第二十三页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律24 有效辐射(fsh)在辐射(fsh)换热的分析和计算中非常重要。 有效辐射J：物体本身辐射与反射(fnsh)辐射之和。 J = E + G W/m2 G该表面接受到的投入辐射。【例5-1】返回(fnhu)第23页/共61页第二十四页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律25第24页/共61页第二十五页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律26 一束能量为G的射

9、线通过小孔进入空腔内时,在空腔内壁上经过多次吸收和反射(fnsh),最终通过小孔离开空腔反射(fnsh)出去的能量几乎为零认为射入的能量全部被空腔吸收。第25页/共61页第二十六页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律271/512 TcbecE 普朗克于1900年据量子理论揭示了黑体在不同温度下单色辐射力与波长(bchng)的函数关系。第26页/共61页第二十七页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律28黑体辐射力Eb与波长、温度(wnd)T的关系 第27页/共61页第二十八页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律

10、29 特点： （1）在一定的温度下，黑体的光谱辐射力在某一波长下具有最大值，黑体辐射随波长连续变化,而且很大或很小时Eb均趋于零； （2）在一定的波长下,发射辐射Eb随温度升高而增大； （3）随着温度的升高，Eb取得最大值的波长max减小，即 辐射能量向短波区域(qy)集中。第28页/共61页第二十九页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律30 三、维恩位移(wiy)定律 从上图可看出在不同的温度下,总有一个最大的黑体单色辐射力Ebmax存在,且随温度的升高,出现Ebmax的波长向短波方向移动。 维恩（Wien）归纳了出现Ebmax时对应的波长max与温度T的关系。

11、maxT=2898(mK)2.910-3(mK) 常数2898(mK)也称第三辐射常数。第29页/共61页第三十页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律31 四、斯蒂芬玻尔兹曼定律 对黑体(hit)辐射从普朗克定律积分可得： Eb bT4 W/m2 b5.67108W/（m2K4）黑体(hit)辐射常数； T黑体(hit)热力学温度，K。40100 TcEb c05.67黑体辐射系数。 上式表明(biomng)黑体的辐射力与热力学温度的四次方成正比，故又称四次方定律。或写成第30页/共61页第三十一页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律32

12、 五、波段辐射力 波段辐射：某一波段内的辐射能量。 黑体在某一温度下，1-2之间的波段辐射（图中阴影(ynyng)面积）占全波辐射能量的份额用 表示。 21 bF 第31页/共61页第三十二页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律33 12122100000 bbbbbbFFdEdEdEF 曲线下总面积曲线下总面积阴影面积阴影面积 0212121 dEdEEEFbbbbb)()(5040)0()0(TfTTdETdEEEFbTbbbbbb 黑体辐射(fsh)函数第32页/共61页第三十三页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律34 40012

13、21TFFEbbbb 【例5-2】 【例5-3】返回(fnhu) 为方便，黑体(hit)辐射函数已制成表 在给定波段12间隔内的辐射力：)()0(TfFb 第33页/共61页第三十四页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律35第34页/共61页第三十五页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律36第35页/共61页第三十六页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律37同温度(wnd)下黑体与实际物体单色辐射力的比较 同一波长下实际物体的单色辐射(fsh)力低于黑体的单色辐射(fsh)力，且辐射(fsh)曲线并不光滑。 第

14、36页/共61页第三十七页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律38 bEE 0000)()( dEdEdEdETETEbbbb 黑度表征实际物体的辐射力接近同温度下黑体的辐射力的程度。 物体表面的黑度是物性(w xn)参数,其值取决于物体的种类、表面温度和表面状况。具体数值由实验确定,常用工程材料的值可查阅资料 。 实际物体(wt)的单色黑度：第37页/共61页第三十八页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律39 00 dGdG=f（）第38页/共61页第三十九页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律40第39页/

15、共61页第四十页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律41黑体平壁任意平壁21221bqEE212bEE第40页/共61页第四十一页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律42 bEE 表述：在热平衡条件下，任何物体的辐射力与它对黑体辐射的吸收比之比恒等于同温度下黑体的辐射力。 显然(xinrn)，这个比值仅与热平衡温度有关，而与物体的本身性质无关。 一般(ybn)表达式为：由于(yuy)平壁2为任意壁面，故可写成12112ibiEEEE第41页/共61页第四十二页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律43第42页/共

16、61页第四十三页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律44 （，T T）=（，T T） 不需要附加其它条件。不需要附加其它条件。第43页/共61页第四十四页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律45(tiojin)(tiojin)下吸收比的确定带下吸收比的确定带来实质性的简化，只要从资料来实质性的简化，只要从资料上查出其发射率，即得灰体同上查出其发射率，即得灰体同温下的吸收比。温下的吸收比。返回(fnhu)第44页/共61页第四十五页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律46一、气体辐射的特点(tdin)二 、火焰辐

17、射第45页/共61页第四十六页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律47第46页/共61页第四十七页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律48 2.气体的辐射和吸收在整个容积中进行(jnxng) 对于气体，外来射线穿透整个气体层，并被沿途碰到的气体所吸收；当气体对某一表面辐射时，应该是整个容积中各处的气体对该表面辐射的总和第47页/共61页第四十八页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律49 气体的辐射和吸收除与本身性质有关外，还与气体容积的形状、大小和压力有关。 气体容积的形状和大小对气体发射率和吸收比的影响，引用

18、平均射线行程(xngchng)L来代替气体层厚度。 第48页/共61页第四十九页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律50 平均射线行程L：若半球形气体的成分、温度和压力(yl)与所研究容积形状的气体相同，半球形气体对球心的辐射等效于所研究容积形状的气体对指定地区的辐射则等效半球的半径R即为所研究容积形状气体对指定地区辐射的平均射线行程L。 第49页/共61页第五十页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律51 典型容积形状的气体对整个包壁或对某一指定地区的平均射线行程可查相关资料。 理论(lln)分析表明，气体对整个包壁辐射的平均射线行程可按

19、下式计算 AVL6 . 3 V气体容积(rngj)，m3；A气体包壁面积，m2 第50页/共61页第五十一页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律52可近似地把火焰当作灰体处理。第51页/共61页第五十二页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律53火焰辐射平均射线行程火焰辐射平均射线行程 kpLhe1返回(fnhu)第52页/共61页第五十三页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律54第53页/共61页第五十四页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律55第54页/共61页第五十五页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律561353W/m2 1353W/m2 落在地球表面与太阳射线相落在地球表面与太阳射线相垂直的单位面积垂直的单位面积(min j)(min j)上的上的辐射能，小于太阳常数。辐射能，小于太阳常数。第55页/共61页第五十六页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律57普通玻璃的光谱透射比 温室太阳能的利用(lyng)举例：1.暖房温室效应第56页/共61页第五十七页，共61页。2022-6-19第五章 热辐射的基本概念及基本定律582.太阳能热水器 太阳能的利用原理(