第12章-辐射换热.ppt

1、根据吸收率、反射比、透射率、能量保存，如果有投入放射的波长的放射能量g，则光谱吸收率、光谱反射比、光谱透射率、注意点：(1)依赖于物体的放射特性，依赖于物体的种类、温度和表面状况，是波长的函数。 不仅是物体的性质，还与投射放射能的波长分布有关。 (2)固体和液体对放射能的吸收和反射基本上是表面效应。 反射镜反射和扩散反射：发生什么样的反射取决于物体表面的粗糙度尺寸和投影放射能的波长。 (a )镜子(b )反射漫反射，多数工程材料大致扩散到热辐射的发射中。 12.1.2灰体和黑体、灰体：光谱辐射特性不随波长变化的虚拟物体，即分别等于常数。 由于在工程中常见的温度范围(2000K )，一般工程材料

2、的光谱吸收率基本上与波长无关，所以工业上的辐射传热计算一般用灰体处理。 注意：黑体、白体和黑色、白体的不同。 吸收率=1的物体，简称为黑体。 黑体和灰体一样是理想的物体。 人工黑体模型，镜体(白体):=1，绝对透明体：=1，绝对黑体：白天从远处看房子的窗户有暗孔的感觉，雪对可见光是良好的反射体，对肉眼是白色，但红外线几乎能吸收，12.1.3放射强度，放射强度在物体表面有空间的方向上放射立体角：半径r的球面上面积a和球心所对应的空间角度。 单位为Sr (球面度)，半球空间的立体角为2 sr，立体角被球面包围的面积与半径的平方成比例。)方向的微单元面积dA2对球心所占的微单元立体角，放射强度：单位

3、时间内从单位投影面积(可视面积)放出的单位立体角中包含的放射能。 另外，被称为dA1的(，)方向的辐射强度或定向辐射强度，单位为W/(m2Sr )。 放射强度的大小不仅取决于物体的种类、表面的性质、温度，还取决于方向。 在各向同性物体表面，放射强度与经度角无关，是相对于某一波长的放射能量的放射强度。 光谱辐射强度：辐射强度与光谱辐射强度的关系，光谱辐射强度单位为W/(m3Sr )或W/(m2mSr )。 12.1.4放射能，单位时间内，单位面积的表面向其上半球空间放射的全波长的放射能。 用e表示的话，单位是W/m2。 光谱辐射力：以e表示某波长的辐射能量的辐射力，单位为W/m3。 放射力与光谱

4、放射力的关系，定向放射力：单位时间内，单位面积的表面向某个方向放射的单位立体角内的放射能。 用e表示的话，单位是W/(m2sr )。 定向放射力与放射力的关系：定向放射力与放射强度的关系：放射力与放射强度的关系：12.2黑体放射的基本规律，1 .普朗克(M.Planck )定律，2 .斯特凡波尔兹曼(Stefan-Boltzmann )定律，3 .朗伯(Lambert )。 C2=1.43910-2 mK毫克。 特征： (1)温度越高，同一波长下的光谱放射力越大；(2)在一定的温度下，黑体的光谱放射力在某个波长下具有最大值；(3)随着温度变高，Eb取最大值的波长max变小，即坐标中的位置向短波

5、方向移动。 维恩位移定律：太阳表面温度约为5800K，由上式求出max=0.5 m，在可见光范围内，可见光相对于太阳放射能的份额约为44.6%。 另外，对于2000K温度下的黑体，求出max=1.45m，处于红外线范围内。 12.2.2斯特藩波尔兹曼定律，斯特藩波尔兹曼定律式：式中=5.6710-8 W/(m2K4)，也被称为斯特藩波尔兹曼常数，也称为黑体辐射常数。，(四次方定律)，斯特凡的玻尔兹曼定律公式可以直接由下式导出：频带辐射力、频带辐射力占黑体辐射力Eb的百分比，根据普朗克定律公式，利用黑体辐射函数的数值表(p241表12-1 )在某个温度下发射任何频带的辐射能称为黑体放射函数，表示

6、温度t的黑体放射的放射能中，频带(0)内的放射能所占的百分比。 12.2.3朗伯定律，兰伯定律：黑体的辐射强度与方向无关，半球空间各方向的辐射强度相等。 扩散放射体：在空间的所有方向上放射强度相等的物体。 从方向性放射力和放射强度的关系来看，En是表面法线方向的方向性放射力。 朗伯定律也被称为馀弦定律。 从放射力和放射强度的关系来看，12.3实际物体的放射特性和基尔霍夫定律，12.3.1实际物体的放射特性，放射率(黑度):放射率反映了物体放射能量的能力的大小。 光谱放射率(光谱黑度):放射率和光谱放射率的关系，在灰体、常数、同温度、工程计算中，实际物体的放射力可以用下式计算，实际物体的放射力并

7、不严格遵守四次方成正比，存在的偏差包含在实验中决定的放射率的数值中。 方向性放射率(方向性黑度):实际物体不是扩散放射体，方向性放射率是方向性的函数。 12.3.2实际物体的吸收特性、实际物体的光谱吸收率也与黑体、灰体不同，是波长的函数。 一些金属材料的光谱吸收率、一些非金属材料的光谱吸收率、辐射特性随波长变化的性质被称为辐射特性对波长的选择性。 实际物体的吸收率不仅与物体本身的材料种类、温度及表面性质有关，还与投入放射能的波长分布有关，因此与投入放射能的放射体温度有关。 12.3.3基尔霍夫定律、基尔霍夫定律明确了物体吸收放射能的能力与放射能的能力的关系，该式表示吸收放射能的能力越强的物体，

8、放射能也越强。 在温度相同的物体中，黑体吸收放射能的能力最强，放射能的能力也最强。 对于扩散体，放射特性与方向无关，对于扩散、灰体，放射特性与波长无关，为12.4放射热交换的计算方法，12.4.1角系数，假设：(1)进行放射热交换的物体表面间为与放射无关的介质(单原子或者结构对称的二原子气体，空气)或者真空(2)；以及1 .定义，来自表面1的总辐射能量落到表面2上的份额称为表面1对表面2的角系数，用符号X12表示。 表面1、2都是黑体表面，根据放射强度的定义，单位时间从dA1向dA2放射的放射能量，从表面1整体向表面2放射的放射能量，根据r、角度系数的定义，角度系数x1、2和x2、1分别是角度系数单纯的几何量，两个物体表面的几何形状，大角系数的基本属性：2 .角系数的性质，1 )相对性(互换性):2 )完整性：(从有限面积到有限面积)，(n个表面构成的封闭系)，非凹面： Xi，I=0，3 )角系数的加法性：3 .角系数的计算方法，积分法，代数法，图式法(或投影法)等，1 )积分根据角系数式积