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Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二层,第三层,第四层,第五层,*,3-3 辐射换热,第1页，共27页。,热辐射的基本概念,一、辐射及热辐射,辐射,是物体通过电磁波传递能量的现象。,辐射有很多种形式，它们的区别是导致发射电磁波的激励方式不同，而外在表现是辐射的波长不一样，以及吸收该辐射能量后引起的效应不同。,热辐射,是物体由于热的原因所产生的辐射。它的作用：物体吸收辐射能后将其转变成自身的内能。波长范围：,0.1,100,m,第2页，共27页。,第3页，共27页。,可见光的波长范围：,0.38,0.76,m,紫 蓝 青,绿 黄 橙,赤,第4页，共27页。,二、吸收、反射和透射,周围物体在单位时间内投射到物体单位表面积上的辐射能。用,G,表示，单位,W/m,2,。,1,、,投射辐射,被物体吸收、反射和透射的部分所占总投射辐射的份额分别称为吸收比,、反射比,和透射比,。,2、吸收比、反射比和透射比,第5页，共27页。,视物体表面状况（平整程度）和投入辐射的波长，表面的反射又分为镜反射和漫反射。,3、镜反射和漫反射,漫反射是把来自任意方向、任意波长的投入辐射以均匀的强度（不是“能量”）反射到半球空间所有方向上去。,(a)镜反射,(b)漫反射,注：除了经特殊处理的金属表面，大,部分工程材料均可视为漫射表面。,第6页，共27页。,吸收比,=1的物体称为黑体。,4、黑体、白体和透明体,黑体、白体和透明体都是理想物体，自然界中并不存在，主要用它们作为研究辐射规律的参照物。特别是黑体的概念，是整个热辐射研究和工程应用的理论基础。,反射比,=1的物体称为白体（或镜体）。,透射比,=1的物体称之为透明体。,第7页，共27页。,尽管在自然界并不存在黑体，但用人工的方法可以制造出十分接近于黑体的模型。,根据黑体辐射曲线得到的规律(3)，计算得到如下的关系：,分别把实际固体和液体的辐射力、光谱辐射力和定向辐射强度与同温度下黑体的数值相比较，从而得到发射率(黑度)、光谱发射率 （单色黑度）和定向发射率 （定向黑度）的概念。,黑体辐射在空间上的分布符合兰贝特定律，因此，黑体辐射在半球空间上各个方向的定向辐射强度相等，黑体表面必是漫射表面。,三、斯忒藩-玻耳兹曼定律,光学高温计和体温测量仪的原理。,可见光的波长范围：0.,分别把实际固体和液体的辐射力、光谱辐射力和定向辐射强度与同温度下黑体的数值相比较，从而得到发射率(黑度)、光谱发射率 （单色黑度）和定向发射率 （定向黑度）的概念。,分别把实际固体和液体的辐射力、光谱辐射力和定向辐射强度与同温度下黑体的数值相比较，从而得到发射率(黑度)、光谱发射率 （单色黑度）和定向发射率 （定向黑度）的概念。,二、实际物体的辐射力,透射比=1的物体称之为透明体。,(1)温度愈高，同一波长下的光谱辐射力愈大；,两固体表面间的辐射换热,三、辐射力与辐射强度,1,、光谱,辐射力,在单位时间内物体单位面积上向半球空间所有方向发射的从,到,+,d,波长的辐射能称为光谱辐射力，用符号,E,表示，单位为,W/m,3,。,2,、,辐射力,在单位时间内物体单位面积上向半球空间所有方向发射的全部波长范围内的辐射能称为辐射力，用符号,E,表示，单位为,W/m,2,。,第8页，共27页。,黑体辐射的基本定律,一、黑体与黑体模型,黑体是吸收比等于1的理想物体。它具有同温度下辐射能力最大的性质。,尽管在自然界并不存在黑体，但用人工的方法可以制造出十分接近于黑体的模型。如：空腔上的小孔。,第9页，共27页。,空腔内壁的温度应均匀，小孔的面积占总面积尽量小。小孔内表面实际的吸收比对此影响不大。,图中应是漫反射。,第10页，共27页。,二、普朗克定律,黑体辐射的基本规律可以归结为三个定律普朗克定律、斯忒藩-玻耳兹曼定律和兰贝特定律。下面分别介绍。,1900年，普朗克,（M.Planck）,在量子假设的基础上，从理论上确定了黑体辐射的光谱分布规律，也就是普朗克定律。,C,1,普朗克第一常数,，,C,1,=3.74210,-16,W,m,2,;,C,2,普朗克第二常数,，,C,2,=1.43910,-2,m,K,。,第11页，共27页。,根据黑体辐射曲线可以得以下规律：,(1)温度愈高，同一波长下的光谱辐射力愈大；,(2)在一定的温度下，黑体的光谱辐射力随波长连续变化，并在某一波长下具有最大值；,(3)随着温度的升高，光谱辐射力取得最大值的波长,max愈来愈小，即在,坐标中的位置向短波方向移动。,光学高温计和体温测量仪的原理。,第12页，共27页。,根据黑体辐射曲线得到的规律(3)，计算得到如下的关系：,维恩位移定律,m,K,上式被称为维恩位移定律。,计算温度分别为,300K,和,5800K,时最大光谱辐射力所对应的波长,max,。,第13页，共27页。,三、斯忒藩-玻耳兹曼定律,黑体辐射的辐射力与温度的关系遵循斯忒藩-波尔兹曼定律：,第14页，共27页。,四、兰贝特定律,兰贝特定律是指定向辐射强度与方向无关的规律，即：,黑体辐射在空间上的分布符合兰贝特定律，,因此，,黑体辐射在半球空间上各个方向的定向辐射强度相等，黑体表面必是漫射表面。,但是,服从兰贝特定律的表面称为漫射表面,但是漫射表面不一定是黑体。,第15页，共27页。,实际固体和液体的辐射特性,对于实际固体和液体的辐射特性是与黑体相比较而得到的。,分别把实际固体和液体的辐射力、光谱辐射力和定向辐射强度与同温度下黑体的数值相比较，从而得到发射率,(,黑度,),、光谱发射率 （单色黑度）和定向发射率 （定向黑度）的概念。,第16页，共27页。,一、实际物体的光谱辐射力,和光谱发射率,第17页，共27页。,二、实际物体的辐射力,和发射率,第18页，共27页。,实际物体的吸收比与基尔霍夫定律,一、实际物体的光谱吸收比,第19页，共27页。,漫反射是把来自任意方向、任意波长的投入辐射以均匀的强度（不是“能量”）反射到半球空间所有方向上去。,(1)温度愈高，同一波长下的光谱辐射力愈大；,被物体吸收、反射和透射的部分所占总投射辐射的份额分别称为吸收比、反射比 和透射比。,实际物体的吸收比与基尔霍夫定律,在单位时间内物体单位面积上向半球空间所有方向发射的从到+d波长的辐射能称为光谱辐射力，用符号E表示，单位为W/m3。,黑体是吸收比等于1的理想物体。,分别把实际固体和液体的辐射力、光谱辐射力和定向辐射强度与同温度下黑体的数值相比较，从而得到发射率(黑度)、光谱发射率 （单色黑度）和定向发射率 （定向黑度）的概念。,部分工程材料均可视为漫射表面。,辐射有很多种形式，它们的区别是导致发射电磁波的激励方式不同，而外在表现是辐射的波长不一样，以及吸收该辐射能量后引起的效应不同。,光学高温计和体温测量仪的原理。,兰贝特定律是指定向辐射强度与方向无关的规律，即：,三、斯忒藩-玻耳兹曼定律,小孔内表面实际的吸收比对此影响不大。,首先介绍辐射换热中一个重要的几何因子角系数，然后是两个和多个表面所组成系统的辐射换热计算方法。,辐射是物体通过电磁波传递能量的现象。,实际物体的光谱吸收比对投入辐射的波长有选择性这一情况给辐射换热的工程计算带来很多不便。,二、灰体,光谱吸收比与波长无关的理想物体称为灰体。,在,红外线,的辐射范围内大多数工程材料可以当作灰体处理。,第20页，共27页。,三、基尔霍夫定律,基尔霍夫定律给出了实际物体辐射能力与吸收能力的关系。,列出处于热平衡时，实际物体2的能量收支关系。,但是，这个等式是有条件的。,第21页，共27页。,基尔霍夫定律的四种表达形式：,无条件成立,漫射表面,灰体表面,漫射灰体表面或与黑体,处于热平衡,第22页，共27页。,辐射换热的计算,在了解了物体辐射和吸收特性的基础上，将介绍物体间辐射换热的计算方法。首先介绍辐射换热中一个重要的几何因子,角系数,，然后是,两个和多个表面所组成系统的辐射换热计算,方法。,角系数：,表面1,直接,投射到表面2上的能量，占表面1辐射能量的百分比，用,X,1,2,表示。,第23页，共27页。,两固体表面间的辐射换热,一、黑体表面间的辐射换热计算,空间辐射热阻,表面1,表面2,第24页，共27页。,二、有效辐射,单位时间离开单位面积的总辐射能为有效辐射，记为,J,。,物体表面与外间的辐射换热量与有效辐射,J,之间的关系：,表面辐射热阻,第25页，共27页。,采用有效辐射的概念，任意两个表面的辐射换热量可表示成：,三、两个漫灰表面组成封闭系统的辐射换热,若是两个表面组成封闭系统，则：,称为系统黑度,第26页，共27页。,第27页，共27页。,
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