熱工學(xué)基礎(chǔ)12

1、公司公司1 第十二章第十二章輻輻 射射 換換 熱熱2本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容v輻射換熱的基本概念輻射換熱的基本概念v輻射換熱基本定律輻射換熱基本定律v輻射換熱的計(jì)算方法輻射換熱的計(jì)算方法312.1 12.1 熱輻射的基本概念熱輻射的基本概念 12.1.1 吸收、反射與透射吸收、反射與透射 投入輻射投入輻射: 單位時(shí)間內(nèi)投射到單位時(shí)間內(nèi)投射到單位面積物體表面上的全波長(zhǎng)范圍單位面積物體表面上的全波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射能。內(nèi)的輻射能。G 可能被吸收、反射或穿透可能被吸收、反射或穿透4GGGGGGGGGG1GGGGGG112.1 12.1 熱輻射的基本概念熱輻射的基本概念 12.1.1 吸收、反射與透射吸收

2、、反射與透射5注意兩點(diǎn)注意兩點(diǎn), 00dGdG00dGdG00dGdG0,116舉舉 例例冬天，隔著玻璃曬太陽感覺更暖冬天，隔著玻璃曬太陽感覺更暖和，為什么？和，為什么？ 普通玻璃對(duì)太陽輻射的光幾乎完全普通玻璃對(duì)太陽輻射的光幾乎完全穿透，而對(duì)常溫下室內(nèi)物體的紅外穿透，而對(duì)常溫下室內(nèi)物體的紅外輻射熱量被阻擋在房間內(nèi)，這一現(xiàn)輻射熱量被阻擋在房間內(nèi)，這一現(xiàn)象類似與象類似與“溫室效應(yīng)溫室效應(yīng)”。海水的顏色為什么總是藍(lán)色的？海水的顏色為什么總是藍(lán)色的？海水對(duì)不同波長(zhǎng)的可見光吸收率海水對(duì)不同波長(zhǎng)的可見光吸收率不同，對(duì)藍(lán)色波長(zhǎng)附近的射線吸不同，對(duì)藍(lán)色波長(zhǎng)附近的射線吸收少，反射多，所以呈藍(lán)色。收少，反射多，所

3、以呈藍(lán)色。 7鏡反射與漫反射鏡反射與漫反射 (a)(a)鏡反射鏡反射 (b)(b)漫反射漫反射 812.1.2 灰體與黑體灰體與黑體,00G dG d00G dG d00G dG d 工程常見的溫度范圍（工程常見的溫度范圍（2000K)2000K)內(nèi)，一般工程材內(nèi)，一般工程材料的光譜吸收比基本與波長(zhǎng)無關(guān)，所以料的光譜吸收比基本與波長(zhǎng)無關(guān)，所以 工業(yè)上的輻射工業(yè)上的輻射傳熱計(jì)算一般都按傳熱計(jì)算一般都按灰體處理灰體處理。912.1.2 灰體與黑體灰體與黑體10福建永定客家土樓福建永定客家土樓1112.1.3 輻射強(qiáng)度輻射強(qiáng)度2Ar立體角在球面上所立體角在球面上所圍的面積與半徑的圍的面積與半徑的平方

4、成正比。平方成正比。12輻射強(qiáng)度輻射強(qiáng)度：1,cosdLdAd ,L12.1.3 輻射強(qiáng)度輻射強(qiáng)度13 ,LL 0LLd12.1.3 輻射強(qiáng)度輻射強(qiáng)度1412.1.4 輻射力輻射力 0EE d152EE d cosEL 2cosELd 12.1.4 輻射力輻射力 E-輻射力輻射力Eb-黑體輻射力黑體輻射力E-光譜光譜輻射力輻射力E-定向輻射力定向輻射力1612.2 12.2 黑體輻射的基本定律黑體輻射的基本定律 1712.2.1 普朗克定律普朗克定律251b/1CTCEeC1= 3.74310-16 Wm2 ;C2 = 1.43910-2 mK。 bE/m1901年普朗克提出的年普朗克提出的黑

5、體黑體輻射能按波長(zhǎng)的分布規(guī)律輻射能按波長(zhǎng)的分布規(guī)律該定律給出了黑體光譜該定律給出了黑體光譜輻射力隨波長(zhǎng)和溫度的輻射力隨波長(zhǎng)和溫度的函數(shù)關(guān)系：函數(shù)關(guān)系：TfEb,1812.2.1 普朗克定律普朗克定律251b/1CTCEebE/m1933max2.8976 102.9 10m KT251b/1CTCEe12.2.1 普朗克定律普朗克定律對(duì)最大的對(duì)最大的Eb的波長(zhǎng)的波長(zhǎng)maxmax與溫度與溫度T T存在關(guān)系存在關(guān)系室溫下呈黑色室溫下呈黑色的鐵棒在爐中的鐵棒在爐中加熱時(shí)，顏色加熱時(shí)，顏色漸呈暗紅、紅、漸呈暗紅、紅、橙黃，為什么？橙黃，為什么？ 隨著鐵棒加熱，溫度升隨著鐵棒加熱，溫度升高。其輻射能量最

6、大波高。其輻射能量最大波長(zhǎng)向短波方向移動(dòng)，即長(zhǎng)向短波方向移動(dòng)，即經(jīng)歷了由遠(yuǎn)紅外線、近經(jīng)歷了由遠(yuǎn)紅外線、近紅外線到可見光的區(qū)域，紅外線到可見光的區(qū)域，因而會(huì)呈現(xiàn)上述顏色的因而會(huì)呈現(xiàn)上述顏色的變化變化。bE/ m20 12.2.2 12.2.2 斯忒藩斯忒藩玻耳茲曼定律玻耳茲曼定律4bET251bb/()001CTCEE dde2112bE2121bbEE d21bb00E dE d12bE21121221bbb00bb 0b 0bbbE dE dEFFFEEE 12.2.2 12.2.2 斯忒藩斯忒藩玻耳茲曼定律玻耳茲曼定律22)0(TbF251/0b0b 0441CTCdE deFTT1221

7、bbb 0b 0EFFE251/01TCTCTdTfTe1)0(TbF 12.2.2 12.2.2 斯忒藩斯忒藩玻耳茲曼定律玻耳茲曼定律23 LL常數(shù) cosELcoscosnLE241 1、四次方定律、四次方定律 ：描述黑體在某一溫度下向半球空描述黑體在某一溫度下向半球空間所有方向輻射的全部波長(zhǎng)的能量，即對(duì)方向和間所有方向輻射的全部波長(zhǎng)的能量，即對(duì)方向和波長(zhǎng)都積分的結(jié)果；波長(zhǎng)都積分的結(jié)果； 2 2、普朗克定律：、普朗克定律：描述黑體在某一溫度下向半球空間描述黑體在某一溫度下向半球空間所有方向輻射的能量所有方向輻射的能量沿波長(zhǎng)分布沿波長(zhǎng)分布的規(guī)律，即只對(duì)的規(guī)律，即只對(duì)方向積分，但研究的是某一波

8、長(zhǎng)；方向積分，但研究的是某一波長(zhǎng)；3 3、蘭貝特（、蘭貝特（LambertLambert）定律：）定律： 描述黑體在某一溫描述黑體在某一溫度下所輻射的全部波長(zhǎng)的能量度下所輻射的全部波長(zhǎng)的能量沿半球空間方向上沿半球空間方向上的分布規(guī)律的分布規(guī)律，即只對(duì)波長(zhǎng)積分，但研究的是某一，即只對(duì)波長(zhǎng)積分，但研究的是某一方向。對(duì)黑體而言，輻射強(qiáng)度是常數(shù)。方向。對(duì)黑體而言，輻射強(qiáng)度是常數(shù)。 2512.3 實(shí)際物體的輻射特性與基爾霍夫定律實(shí)際物體的輻射特性與基爾霍夫定律12.3.1 實(shí)際物體的發(fā)射特性實(shí)際物體的發(fā)射特性 bEEbEEb0bE dEb0bE dE264bEET bbLEEL12.3.1 實(shí)際物體的發(fā)

9、射特性實(shí)際物體的發(fā)射特性 272829, , ,TT TT TT3012.4 輻射換熱的計(jì)算方法輻射換熱的計(jì)算方法 222bEA任意放置的兩任意放置的兩黑體黑體表面之間的輻射換熱表面之間的輻射換熱表面表面1發(fā)出的輻射能發(fā)出的輻射能表面表面2發(fā)出的輻射能發(fā)出的輻射能111bEAA1T1A2T23112.4 12.4 輻射換熱的計(jì)算方法輻射換熱的計(jì)算方法 1212, 1X2121 , 2X112, 112, 121bEAXX表面表面1發(fā)出的輻射能落到表面發(fā)出的輻射能落到表面2上的百分?jǐn)?shù)上的百分?jǐn)?shù)表示為：表示為：表面表面2發(fā)出的輻射能落到表面發(fā)出的輻射能落到表面1上的百分?jǐn)?shù)上的百分?jǐn)?shù)表示為：表示為：

10、X1,2稱為表面稱為表面1對(duì)表面對(duì)表面2的角系數(shù)的角系數(shù)X1,2稱為表面稱為表面1對(duì)表面對(duì)表面2的角系數(shù)的角系數(shù)A1T1A2T2221 , 221 , 212bEAXX3212.4 12.4 輻射換熱的計(jì)算方法輻射換熱的計(jì)算方法 221 , 2112, 112212, 1bbEAXEAX由于是黑體，能吸收落到其表面上的全部能量由于是黑體，能吸收落到其表面上的全部能量?jī)杀砻骈g的凈換熱量?jī)杀砻骈g的凈換熱量如果兩表面處于熱平衡，如果兩表面處于熱平衡，T1=T2兩表面間的凈換熱量?jī)杀砻骈g的凈換熱量1,21,2=0,=0,21 , 212, 1AXAX3311,222,1A XA X,1,2,11ni jiii ii njXXXXX（由（由n個(gè)表面組成的封閉系統(tǒng)）個(gè)表面組成的封閉系統(tǒng)）非凹表面：非凹表面：Xi,i=0341,21,1,abXXX1,21,31, 2 3XXX121,21b1XAE121212211coscosAAdAdAAr 3511,211,31A XA XA22,122,32A XA XA33,133,23A XA XA11,222,1A XA X11,333,1A XA X22,333,2A XA X362312312,32222