第11章_介質(zhì)中輻射傳遞基礎(chǔ)

1、2021-6-231 第十一章 在吸收、發(fā)射和散射介質(zhì)中輻射 基礎(chǔ)部分基礎(chǔ)部分 2021-6-232 介質(zhì)中的輻射傳遞 內(nèi)容包括：內(nèi)容包括： vBouguer（布格爾）定律（布格爾）定律 v吸收、發(fā)射和散射吸收、發(fā)射和散射 v介質(zhì)指氣體、液體介質(zhì)指氣體、液體 2021-6-233 11-1概論與特點(diǎn) 從工程應(yīng)用的角度，介質(zhì)與固體表面從工程應(yīng)用的角度，介質(zhì)與固體表面 的區(qū)別有三點(diǎn)的區(qū)別有三點(diǎn) v選擇性顯著，如大多數(shù)氣體的輻射光譜選擇性顯著，如大多數(shù)氣體的輻射光譜 是不連續(xù)的是不連續(xù)的 v要考慮散射，即方向改變的現(xiàn)象要考慮散射，即方向改變的現(xiàn)象 v彈性散射彈性散射:光子能量不改變光子能量不改變,即

2、頻率也不改變即頻率也不改變 v非彈性散射非彈性散射 v各向同性散射各向同性散射 v各向異性散射各向異性散射 v吸收、發(fā)射和散射在整個(gè)容積中進(jìn)行吸收、發(fā)射和散射在整個(gè)容積中進(jìn)行 2021-6-234 地球大氣造成的到達(dá)地面的太 陽光譜能流的衰減 2021-6-235 11-2 介質(zhì)中輻射強(qiáng)度恒定性質(zhì) v 在無吸收、無發(fā)射、無散射而具有在無吸收、無發(fā)射、無散射而具有 常物性的介質(zhì)（即無衰減、無發(fā)射常物性的介質(zhì)（即無衰減、無發(fā)射 的理想介質(zhì)）中，在給定方向的輻的理想介質(zhì)）中，在給定方向的輻 射強(qiáng)度與沿該方向的位置無關(guān)。射強(qiáng)度與沿該方向的位置無關(guān)。 )./( 2 Srmmw ,i 2021-6-236

3、 輻射強(qiáng)度的等值性 2,1 , ii 2021-6-237 11-3 由于吸收和散射引起的輻 射強(qiáng)度的衰減 體積微元圖體積微元圖 v輻射強(qiáng)度沿輻射強(qiáng)度沿dS微長微長 度內(nèi)的變化度內(nèi)的變化 dSiSKdi )( s K a 吸收系數(shù)和散射系數(shù)吸收系數(shù)和散射系數(shù) 2021-6-238 散射示意圖 方向示意圖散射入),( ss s 2021-6-239 Bouguer（布格爾）定律 dSiSKdi )( 是衰減系數(shù)，是衰減系數(shù)，1/m，是平均穿透距離的倒數(shù)，是平均穿透距離的倒數(shù))(SK SSi i dSSK i di 0 * )( )0( )( S dSSKiSi 0 * )(exp)0()( 上式

4、稱為上式稱為Bouguer定律。指數(shù)衰減形式定律。指數(shù)衰減形式. 2021-6-2310 11-3-1 衰減系數(shù)和輻射平均穿透距離 dS i Si SK i Sdi )0( )( )( )0( )( 0 )0( )( S m i Sdi SL dSdSSKSSK S S 00 * )(exp)( K 1 為常數(shù)為常數(shù) K 當(dāng)當(dāng) L Lm m平均穿透距離，又稱 平均穿透距離，又稱 衰減平均自由路程衰減平均自由路程 2021-6-2311 11-3-2 光學(xué)厚度 S dSSKSk 0 * )()( 大值表示較大的衰減大值表示較大的衰減 SKSk )( 當(dāng)衰減系數(shù)為常數(shù)時(shí)當(dāng)衰減系數(shù)為常數(shù)時(shí) 1)(S

5、k 1)(Sk 路徑長路徑長S是光學(xué)厚的是光學(xué)厚的 路徑長路徑長S是光學(xué)薄的是光學(xué)薄的 光學(xué)厚度無量綱光學(xué)厚度無量綱 2021-6-2312 11-3-3 吸收系數(shù) 吸收系數(shù)通常隨波長劇烈變化，隨溫度和壓吸收系數(shù)通常隨波長劇烈變化，隨溫度和壓 力也明顯變化，所以解析確定吸收系數(shù)非力也明顯變化，所以解析確定吸收系數(shù)非 常困難，大多數(shù)情況下對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的描述常困難，大多數(shù)情況下對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的描述 也非常困難。也非常困難。 v譜帶法譜帶法 v平均系數(shù)法平均系數(shù)法 v右圖右圖為為金剛石金剛石的吸收系數(shù)的吸收系數(shù) NASA SP3080 2021-6-2313 低分辨率的譜帶 高分辨率的譜帶 11-3-3

6、吸收系數(shù) 2021-6-2314 11-3-4 真實(shí)的吸收系數(shù) 激發(fā)發(fā)射（或稱誘導(dǎo)發(fā)射）：由于輻射激發(fā)發(fā)射（或稱誘導(dǎo)發(fā)射）：由于輻射 場的存在而導(dǎo)致的發(fā)射。是額外的發(fā)射，場的存在而導(dǎo)致的發(fā)射。是額外的發(fā)射， 不同于前面的正常發(fā)射或自發(fā)發(fā)射。用不同于前面的正常發(fā)射或自發(fā)發(fā)射。用 帶加號表示。帶加號表示。 a 文獻(xiàn)中給出的吸收系數(shù)一般不包括誘導(dǎo)文獻(xiàn)中給出的吸收系數(shù)一般不包括誘導(dǎo) 發(fā)射，利用文獻(xiàn)時(shí)注意發(fā)射，利用文獻(xiàn)時(shí)注意 2021-6-2315 11-3-5 Bouguer定律的吸收-發(fā)射形式 S dSSiSi 0 * )(aexp)0()( dSiSKdi )( aa s K 2021-6-231

7、6 11-3-6 Bouguer定律的純散射形式 S s dSSiSi 0 * )(exp)0()( dSiSKdi )( s a s K 2021-6-2317 11-4 發(fā)射引起的輻射強(qiáng)度增加 dSidi be a , dSTnindi be ), 1(a 2 , 對折射率不為對折射率不為1的介質(zhì)，有的介質(zhì)，有 2021-6-2318 11-5 射入散射引起的輻射強(qiáng)度 的增加 從其它路徑上散射到某一路徑上也會使該路從其它路徑上散射到某一路徑上也會使該路 徑上的輻射強(qiáng)度增加徑上的輻射強(qiáng)度增加 v需要知道散射輻射的方向分布，以相函數(shù)的形需要知道散射輻射的方向分布，以相函數(shù)的形 式給出。式給出。 2021-6-2319 11-5-1 相函數(shù) ), S(), S( i S 表示輻射傳遞方向表示輻射傳遞方向 i ),( 表示散射方向表示散射方向 表示散射方向表示散射方向i對傳遞方向?qū)鬟f方向的貢獻(xiàn)的貢獻(xiàn) ),(), S( i 2021-6-2320 11-5-2 散射輻射強(qiáng)度增加計(jì)算 4 0 ii S 2 00 S S, i d),()S,(i 4 dS