传热学教学课件第七章 热辐射

1、第七章 热辐射,第一节 热辐射的基本概念,辐射的概念 热辐射产生的原因 热辐射的特点 辐射换热的概念 物体的辐射特性,热辐射的概念,辐射是电磁波传递能量的现象。 按照产生电磁波的不同原因可以得到不同频率的电磁波。 由于热的原因而产生的电磁波辐射称为热辐射。 热辐射的电磁波是物体内部微观粒子的热运动状态改变时激发出来的。 只要物体的温度高于“绝对零度”，物体总是不断地把热能变为辐射能，向外发出热辐射。同时，物体也不断地吸收周围物体投射到它上面的热辐射，并把吸收的辐射能重新转变成热能。 辐射换热就是指物体之间相互辐射及吸收的总效果。 当物体与环境处于热平衡时，其表面上的热辐射仍在不停地进行，但其辐

2、射换热量等于零。,热辐射的性质,热辐射具有一般辐射现象的共性。 热辐射的速度、波长和频率之间存在如下的关系： 式中，c 是电磁波的传播速度，真空中为光速； f 是频率； 是波长。,辐射波谱的命名,电磁波的波长包括从零到无穷大的范围，整个波谱范围内的电磁波命名示于图 演示：电磁波的波谱图 从理论上讲，热辐射的电磁波也可以包括整个波谱，即波长从零到无穷大。 然而，在工业上所遇到的温度范围内，即2000K以下，有实际意义的热辐射波长位于0.38100 之间。 如果把太阳辐射也包括在内，则热辐射的波长区段可放宽为0.1100,红外线,波长范围 分类 主要应用,物体的辐射特性,当热辐射的能量投射到物体表

3、面上时， 物体会对此能量产生三种不同的作用：吸收、反射和穿透。 演示：物体对投射能的作用 根据能量守恒定律有 将等式的两边同时除以，得到 或,吸收比、反射比和穿透比的定义,物体吸收的辐射能占投入能量的百分比，称为该物体表面对投射辐射的吸收比，简称为吸收比。其定义式为 物体反射的辐射能占投入能量的百分比，称为该物体表面对投射辐射的反射比，简称为反射比。其定义式为 穿透物体的辐射能占投入能量的百分比，称为该物体表面对投射辐射的穿透比，简称为穿透比。其定义式为,固体和液体的辐射特性,当辐射能投射到固体或液体表面后，在一个极短的距离内就被吸收完了。 对于金属导体，这一距离只有1m的数量级；对于大多数非

4、导电材料，这一距离也小于1mm。 实用工程材料的厚度一般远大于这个数值，因此可以认为固体和液体不允许热辐射穿透， 即 对于固体和液体，有 因而，对固体和液体而言，吸收能力大的物体其反射本领就小。反之，吸收能力小的物体其反射本领就大。,反射特点,反射有两种形式：漫反射和镜反射。 镜反射：入射角等于反射角的反射称为镜反射。 当表面的不平整尺寸小于投入辐射的波长时，形成镜面反射。 漫反射：向各个方向进行均匀反射的反射称为漫反射。 当表面的不平整尺寸大于投入辐射的波长时，形成漫反射。 工程上遇到的大部分材料，在反射辐射能时按漫反射进行。,气体的辐射特性,当辐射能投射到气体上时，气体对辐射能几乎没有反射能力。 可以认为反射比为零，即 因而此时，有 显然，吸收性大的气体其穿透能力就差。,几种特殊表面的定义,吸收比为1的物体称为绝对黑体，简称黑体； 穿透比为的物体称为透热体（或透明体）； 反射比为1的物体称为镜体或白体，（当反射为镜反射时称为镜体；当反射为漫反射时称为绝对白体，简称白体）。,绝对黑体,定义：吸收比为1的物体称为绝对黑体，简称黑体。 人工黑体模型 演示：人工黑体 黑体在辐射研