傳熱學(xué)——輻射傳熱

1、第七章第七章 輻射傳熱輻射傳熱7-1 熱輻射的基本概念熱輻射的基本概念1 1） 熱輻射特點(diǎn)熱輻射特點(diǎn)(1)(1) 定義定義：由熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，以電磁波形式傳遞的：由熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，以電磁波形式傳遞的 能量；能量；(2)(2) 特點(diǎn)特點(diǎn)：a.a.任何物體，只要溫度高于任何物體，只要溫度高于0 0 K K，就會(huì)，就會(huì)不停地向周圍空間發(fā)出熱輻射；不停地向周圍空間發(fā)出熱輻射；b. b. 可以在真空可以在真空中傳播；中傳播；c. c. 伴隨能量形式的轉(zhuǎn)變；伴隨能量形式的轉(zhuǎn)變；d. d. 具有強(qiáng)烈具有強(qiáng)烈的方向性；的方向性；e. e. 輻射能與溫度和波長(zhǎng)均有關(guān)；輻射能與溫度和波長(zhǎng)均有關(guān)；f. f. 發(fā)射輻射取

2、決于溫度的發(fā)射輻射取決于溫度的4 4次方。次方。2 2） 電磁波譜電磁波譜 電磁輻射包含了多種形式，如圖電磁輻射包含了多種形式，如圖7-17-1所示，而所示，而我們所感興趣的，即工業(yè)上有實(shí)際意義的熱輻射我們所感興趣的，即工業(yè)上有實(shí)際意義的熱輻射區(qū)域一般為區(qū)域一般為0.10.1100100mm。電磁波的傳播速度：電磁波的傳播速度： C = C = 式中：式中： 頻率，頻率，s s-1-1; ; 波長(zhǎng)，波長(zhǎng)，mm電電 磁磁 輻輻 射射 波波 譜譜圖圖7-17-1 當(dāng)熱輻射投射到物體表面上時(shí)，一般會(huì)發(fā)生三當(dāng)熱輻射投射到物體表面上時(shí)，一般會(huì)發(fā)生三種現(xiàn)象，即吸收、反射和穿透，如圖種現(xiàn)象，即吸收、反射和穿

3、透，如圖7-27-2所示。所示。11QQQQQQQQQQ3 3） 物體對(duì)熱輻射的吸收、反射和穿透物體對(duì)熱輻射的吸收、反射和穿透 圖圖7.2 7.2 物體對(duì)熱輻射的吸收、反射和穿透物體對(duì)熱輻射的吸收、反射和穿透對(duì)于大多數(shù)的固體和液體：對(duì)于大多數(shù)的固體和液體：對(duì)于不含顆粒的氣體：對(duì)于不含顆粒的氣體：對(duì)于黑體：對(duì)于黑體： 鏡體或白體：鏡體或白體：透明體：透明體：1111,01,0反射又分鏡反射和漫反射兩種反射又分鏡反射和漫反射兩種圖圖7-3 鏡反射鏡反射圖圖7-4 漫反射漫反射1 1）黑體概念）黑體概念 黑體：黑體：是指能吸收投入到是指能吸收投入到其面上的所有熱輻射能的其面上的所有熱輻射能的物體，是

4、一種科學(xué)假想的物體，是一種科學(xué)假想的物體，現(xiàn)實(shí)生活中是不存物體，現(xiàn)實(shí)生活中是不存在的在的, ,但卻可以人工制造但卻可以人工制造出近似的人工黑體。出近似的人工黑體。圖圖7-5 7-5 黑體模型黑體模型7-2 黑體輻射的基本定律黑體輻射的基本定律輻射力輻射力E E： 單位時(shí)間內(nèi)，物體的單位表面積向半球空間發(fā)單位時(shí)間內(nèi)，物體的單位表面積向半球空間發(fā)射的所有波長(zhǎng)的能量總和。射的所有波長(zhǎng)的能量總和。 (W/m2)；光譜輻射力光譜輻射力E E： 單位時(shí)間內(nèi)，單位波長(zhǎng)范圍內(nèi)單位時(shí)間內(nèi)，單位波長(zhǎng)范圍內(nèi)( (包含某一給定包含某一給定波長(zhǎng)波長(zhǎng)) )，物體的單位表面積向半球空間發(fā)射的，物體的單位表面積向半球空間發(fā)射

5、的能量。能量。 (W/m3)；2 2）熱輻射能量的表示方法）熱輻射能量的表示方法E、E關(guān)系關(guān)系: :顯然，顯然， E和和E之間具有如下關(guān)系：之間具有如下關(guān)系：dEE0黑體一般采用下標(biāo)黑體一般采用下標(biāo)b表示，如黑體的輻射力表示，如黑體的輻射力為為Eb，黑體的，黑體的光譜輻射力光譜輻射力為為Eb3）黑體輻射的三個(gè)基本定律及相關(guān)性質(zhì)）黑體輻射的三個(gè)基本定律及相關(guān)性質(zhì)1)(512TcbecE式中，式中， 波長(zhǎng)，波長(zhǎng)，m ； T 黑體溫度，黑體溫度，K ； c1 第一輻射常數(shù)，第一輻射常數(shù)，3.74210-16 W m2； c2 第二輻射常數(shù)，第二輻射常數(shù)，1.438810-2 W K； (1)Plan

6、ck定律定律(第一個(gè)定律第一個(gè)定律)：圖圖7-6 Planck 定律的圖示定律的圖示(2)Stefan-Boltzmann定律定律(第二個(gè)定律第二個(gè)定律)： 40)(51012TdecdEETcbb式中，式中，= 5.6710-8 w/(m2 K4)， 是是Stefan-Boltzmann常數(shù)。常數(shù)。 圖圖7-6是根據(jù)上式描繪的黑體光譜輻射力隨波長(zhǎng)是根據(jù)上式描繪的黑體光譜輻射力隨波長(zhǎng)和溫度的依變關(guān)系。和溫度的依變關(guān)系。m與與T 的關(guān)系由的關(guān)系由Wien位移定位移定律給出：律給出：KmTm3108976. 221dEEbb(3)(3)黑體輻射函數(shù)黑體輻射函數(shù)黑體在波長(zhǎng)黑體在波長(zhǎng)1和和2區(qū)段內(nèi)所發(fā)

7、射的輻射力，區(qū)段內(nèi)所發(fā)射的輻射力，如圖如圖7-7所示：所示：圖圖7-7 7-7 特定波長(zhǎng)區(qū)段內(nèi)的黑體輻射力特定波長(zhǎng)區(qū)段內(nèi)的黑體輻射力黑體輻射函數(shù)黑體輻射函數(shù): :2211212121()40400(0)(0)2111()()bbbbbbbbE dFE dTE dE dE dTFFfTfT定義：定義：球面面積除以球半徑的平方稱為立球面面積除以球半徑的平方稱為立體角，體角，單位：?jiǎn)挝唬簊r(球面度球面度)，如圖如圖7-8和和7-9所所示：示：ddsindd2rAc(4)(4)立體角立體角圖圖7-8 7-8 立體角定義圖立體角定義圖圖圖7-9 7-9 計(jì)算微元立體角的幾何關(guān)系計(jì)算微元立體角的幾何關(guān)系

8、定義：定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，物體在垂直發(fā)射方向的單位時(shí)間內(nèi)，物體在垂直發(fā)射方向的單位面積上，在單位立體角內(nèi)發(fā)射的一切波單位面積上，在單位立體角內(nèi)發(fā)射的一切波長(zhǎng)的能量，長(zhǎng)的能量，參見圖參見圖7-10。 dcosd),(d),(AL(5) (5) 定向輻射強(qiáng)度定向輻射強(qiáng)度L L( ( , , ) )：(6) Lambert 定律定律(黑體輻射的第三個(gè)基本定律黑體輻射的第三個(gè)基本定律)cosdd),(dLA 它說(shuō)明黑體的定向輻射力隨天頂角它說(shuō)明黑體的定向輻射力隨天頂角 呈呈余弦規(guī)律變化，見圖余弦規(guī)律變化，見圖7-11，因此，因此， Lambert定律也稱為余弦定律。定律也稱為余弦定律。圖圖7-10 7-

9、10 定向輻射強(qiáng)定向輻射強(qiáng) 度的定義圖度的定義圖圖圖7-11 Lambert定律圖示定律圖示LLEdcos2沿半球方向積分上式，可獲得了半球輻射強(qiáng)度沿半球方向積分上式，可獲得了半球輻射強(qiáng)度E:7-3 實(shí)際固體和液體的輻射特性實(shí)際固體和液體的輻射特性1） 發(fā)射率發(fā)射率v前面定義了黑體的發(fā)射特性：同溫度下，黑體發(fā)射熱輻前面定義了黑體的發(fā)射特性：同溫度下，黑體發(fā)射熱輻射的能力最強(qiáng)，包括所有方向和所有波長(zhǎng)；射的能力最強(qiáng)，包括所有方向和所有波長(zhǎng)；v真實(shí)物體表面的發(fā)射能力低于同溫度下的黑體；真實(shí)物體表面的發(fā)射能力低于同溫度下的黑體；v因此，定義了發(fā)射率因此，定義了發(fā)射率 (也稱為黑度也稱為黑度) ：相同溫

10、度下，實(shí)：相同溫度下，實(shí)際物體的半球總輻射力與黑體半球總輻射力之比際物體的半球總輻射力與黑體半球總輻射力之比:4TEEEb上面公式只是針對(duì)方向和光譜平均的情況，但實(shí)際上，真實(shí)上面公式只是針對(duì)方向和光譜平均的情況，但實(shí)際上，真實(shí)表面的發(fā)射能力是隨方向和光譜變化的。表面的發(fā)射能力是隨方向和光譜變化的。WavelengthDirection (angle from the surface normal)因此，我們需要定義因此，我們需要定義方向光譜發(fā)射率方向光譜發(fā)射率，對(duì)，對(duì)于某一指定的方向于某一指定的方向( , ) 和波長(zhǎng)和波長(zhǎng) T, T, T, blackbody, emitted actual,

11、 , LL)()T,( T, T, T,0blackbody, 0emitted actual, TLLdLdLb對(duì)上面公式在所有波長(zhǎng)范圍內(nèi)積分，可得到對(duì)上面公式在所有波長(zhǎng)范圍內(nèi)積分，可得到方向方向總發(fā)射率總發(fā)射率，即即實(shí)際物體的定向輻射強(qiáng)度實(shí)際物體的定向輻射強(qiáng)度與黑體的定向輻射強(qiáng)度之比：與黑體的定向輻射強(qiáng)度之比：T, T, T, T, T, blackbody, emitted actual, bEEEE 對(duì)于指定波長(zhǎng)，而在方向上平均的情況，對(duì)于指定波長(zhǎng)，而在方向上平均的情況，則定義了則定義了半球光譜發(fā)射率半球光譜發(fā)射率，即即實(shí)際物體的光實(shí)際物體的光譜輻射力與黑體的光譜輻射力之比譜輻射力與黑

12、體的光譜輻射力之比這樣，前面定義的這樣，前面定義的半球總發(fā)射率半球總發(fā)射率則可以寫為：則可以寫為： )(E)( T, T, T, Tbemitted actual0blackbody, 0blackbody, TTEdEdE 半球總發(fā)射率是對(duì)所有方向和所有波長(zhǎng)半球總發(fā)射率是對(duì)所有方向和所有波長(zhǎng)下的平均下的平均 對(duì)應(yīng)于黑體的輻射力對(duì)應(yīng)于黑體的輻射力Eb，光譜輻射力，光譜輻射力Eb 和定向和定向輻射強(qiáng)度輻射強(qiáng)度L，分別引入了三個(gè)修正系數(shù)，即，發(fā)射，分別引入了三個(gè)修正系數(shù)，即，發(fā)射率率 ，光譜發(fā)射率，光譜發(fā)射率 ( )和定向發(fā)射率和定向發(fā)射率 ( )，其，其表達(dá)表達(dá)式和物理意義式和物理意義如下如下4

13、0)(TdEEEbb實(shí)際物體的輻射力與黑體輻射力之比實(shí)際物體的輻射力與黑體輻射力之比: :bbLLLL)()()()( 實(shí)際物體的光譜輻射力與黑體的光譜實(shí)際物體的光譜輻射力與黑體的光譜輻射力之比：輻射力之比：bEE)( 實(shí)際物體的定向輻射強(qiáng)度與黑體的定向?qū)嶋H物體的定向輻射強(qiáng)度與黑體的定向輻射強(qiáng)度之比：輻射強(qiáng)度之比： 漫發(fā)射漫發(fā)射的概念：的概念：表面的方向發(fā)射率表面的方向發(fā)射率 ( ( ) ) 與方向無(wú)關(guān)與方向無(wú)關(guān)，即，即定向輻射強(qiáng)度與方定向輻射強(qiáng)度與方向無(wú)關(guān)向無(wú)關(guān)，滿足上訴規(guī)律的表面稱為漫發(fā)射滿足上訴規(guī)律的表面稱為漫發(fā)射面面，這是對(duì)大多數(shù)實(shí)際表面的一種很好的，這是對(duì)大多數(shù)實(shí)際表面的一種很好的近

14、似。近似。圖圖7-15 幾種金屬導(dǎo)體在不同方向上的定向發(fā)射率幾種金屬導(dǎo)體在不同方向上的定向發(fā)射率 ( )(t=150)圖圖7-16 幾種非導(dǎo)電體材料在不同方向上的定向發(fā)射率幾種非導(dǎo)電體材料在不同方向上的定向發(fā)射率 ( )(t=093.3) 前面講過(guò)，黑體、灰體、白體等都是理想物體，前面講過(guò)，黑體、灰體、白體等都是理想物體，而實(shí)際物體的輻射特性并不完全與這些理想物體而實(shí)際物體的輻射特性并不完全與這些理想物體相同，比如，相同，比如，(1)實(shí)際物體的輻射力與黑體和灰體實(shí)際物體的輻射力與黑體和灰體的輻射力的差別見圖的輻射力的差別見圖7-14；(2) 實(shí)際物體的輻射力實(shí)際物體的輻射力并不完全與熱力學(xué)溫度

15、的四次方成正比；并不完全與熱力學(xué)溫度的四次方成正比；(3) 實(shí)實(shí)際物體的定向輻射強(qiáng)度也不嚴(yán)格遵守際物體的定向輻射強(qiáng)度也不嚴(yán)格遵守Lambert定定律，等等。所有這些差別全部歸于上面的系數(shù)，律，等等。所有這些差別全部歸于上面的系數(shù)，因此，他們一般需要實(shí)驗(yàn)來(lái)確定，形式也可能很因此，他們一般需要實(shí)驗(yàn)來(lái)確定，形式也可能很復(fù)雜。在工程上一般都將真實(shí)表面假設(shè)為漫發(fā)射復(fù)雜。在工程上一般都將真實(shí)表面假設(shè)為漫發(fā)射面。面。圖圖7-14 實(shí)際物體、黑體實(shí)際物體、黑體和灰體的輻射能量光譜和灰體的輻射能量光譜本節(jié)中，還有幾點(diǎn)需要注意本節(jié)中，還有幾點(diǎn)需要注意1. 將不確定因素歸于修正系數(shù)，這是由于熱輻射非將不確定因素歸于

16、修正系數(shù)，這是由于熱輻射非常復(fù)雜，很難理論確定，實(shí)際上是一種權(quán)宜之計(jì)；常復(fù)雜，很難理論確定，實(shí)際上是一種權(quán)宜之計(jì)；2. 服從服從Lambert定律的表面成為漫射表面。雖然實(shí)定律的表面成為漫射表面。雖然實(shí)際物體的定向發(fā)射率并不完全符合際物體的定向發(fā)射率并不完全符合Lambert定律，定律，但仍然近似地認(rèn)為大多數(shù)工程材料服從但仍然近似地認(rèn)為大多數(shù)工程材料服從Lambert定律，這有許多原因；定律，這有許多原因；3. 物體表面的發(fā)射率取決于物質(zhì)種類、表面溫度和物體表面的發(fā)射率取決于物質(zhì)種類、表面溫度和表面狀況。這說(shuō)明發(fā)射率只與發(fā)射輻射的物體本表面狀況。這說(shuō)明發(fā)射率只與發(fā)射輻射的物體本身有關(guān)，而不涉及

17、外界條件。身有關(guān)，而不涉及外界條件。 上一節(jié)簡(jiǎn)單介紹了實(shí)際物體的發(fā)射情況，那么當(dāng)外界的上一節(jié)簡(jiǎn)單介紹了實(shí)際物體的發(fā)射情況，那么當(dāng)外界的輻射投入到物體表面上時(shí)，該物體對(duì)投入輻射吸收的輻射投入到物體表面上時(shí)，該物體對(duì)投入輻射吸收的情況又是如何呢？本節(jié)將對(duì)其作出解答。情況又是如何呢？本節(jié)將對(duì)其作出解答。1 1） 投入輻射投入輻射：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)投射到單位表面積上：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)投射到單位表面積上的總輻射能。的總輻射能。 2 2） 選擇性吸收選擇性吸收：投入輻射本身具有光譜特性，：投入輻射本身具有光譜特性，因此，實(shí)際物體對(duì)投入輻射的吸收能力也根據(jù)其因此，實(shí)際物體對(duì)投入輻射的吸收能力也根據(jù)其波長(zhǎng)的不同而變化，這

18、叫選擇性吸收。波長(zhǎng)的不同而變化，這叫選擇性吸收。一、實(shí)際固體的吸收比一、實(shí)際固體的吸收比首先介紹幾個(gè)概念：首先介紹幾個(gè)概念：7-4 7-4 實(shí)際固體的吸收比和基爾霍夫定律實(shí)際固體的吸收比和基爾霍夫定律3 3） 吸收比吸收比：物體對(duì)投入輻射所吸收的百分?jǐn)?shù)，：物體對(duì)投入輻射所吸收的百分?jǐn)?shù)，通常用通常用 表示表示，即，即)(投入輻射投入的能量吸收的能量4 4） 光譜吸收比光譜吸收比：物體對(duì)某一特定波長(zhǎng)的輻射能所：物體對(duì)某一特定波長(zhǎng)的輻射能所吸收的百分?jǐn)?shù)，也叫單色吸收比。光譜吸收比隨吸收的百分?jǐn)?shù)，也叫單色吸收比。光譜吸收比隨波長(zhǎng)的變化體現(xiàn)了實(shí)際物體的選擇性吸收的特性。波長(zhǎng)的變化體現(xiàn)了實(shí)際物體的選擇性吸

19、收的特性。能量投入的某一特定波長(zhǎng)的能量吸收的某一特定波長(zhǎng)的),(1T圖圖7-17和和7-18分別給出了室溫下幾種材料的光譜吸分別給出了室溫下幾種材料的光譜吸收比同波長(zhǎng)的關(guān)系。收比同波長(zhǎng)的關(guān)系。圖圖7-17 金屬導(dǎo)電體的光譜吸收比同波長(zhǎng)的關(guān)系金屬導(dǎo)電體的光譜吸收比同波長(zhǎng)的關(guān)系( ) 圖圖7-18 7-18 非導(dǎo)電體材料的光譜吸收比同波長(zhǎng)的關(guān)系非導(dǎo)電體材料的光譜吸收比同波長(zhǎng)的關(guān)系灰體灰體：光譜吸收比與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的物體稱為灰體。：光譜吸收比與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的物體稱為灰體。此時(shí)，不管投入輻射的分布如何，吸收比此時(shí)，不管投入輻射的分布如何，吸收比 都是同都是同一個(gè)常數(shù)。一個(gè)常數(shù)。( ) 根據(jù)前面的定義可知，根據(jù)

20、前面的定義可知，物體的吸收比除與自身表面物體的吸收比除與自身表面性質(zhì)的溫度有關(guān)外，還與投入輻射按波長(zhǎng)的能量分性質(zhì)的溫度有關(guān)外，還與投入輻射按波長(zhǎng)的能量分布有關(guān)布有關(guān)。設(shè)下標(biāo)。設(shè)下標(biāo)1、2分別代表所研究的物體和產(chǎn)生分別代表所研究的物體和產(chǎn)生投入輻射的物體，則物體投入輻射的物體，則物體1的吸收比為的吸收比為)21,(d)(),(d)(),(),(2102202211的性質(zhì)表面的性質(zhì)，表面投入的總能量吸收的總能量TTfTETTETTbb圖圖7-187-18給出了一些材料對(duì)黑體輻射的吸收比與溫度的關(guān)系。給出了一些材料對(duì)黑體輻射的吸收比與溫度的關(guān)系。如果投入輻射來(lái)自黑體，由于如果投入輻射來(lái)自黑體，由于

21、，則上式可變?yōu)?，則上式可變?yōu)?),(2Tb)1,(d)(),(d)(d)(),(d)(),(d)(),(),(21420210202102202211的性質(zhì)表面TTfTTETTETETTETTETTbbbbbbb圖圖7-19 7-19 物體表面對(duì)黑體輻射的吸收比與溫度的關(guān)系物體表面對(duì)黑體輻射的吸收比與溫度的關(guān)系(1)(1)灰體法灰體法，即將光譜吸收比，即將光譜吸收比 ( ( ) ) 等效為等效為常數(shù)，即常數(shù)，即 = = ( ( ) = const) = const。并將。并將 ( ( ) )與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的物體稱為灰體與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的物體稱為灰體，與黑體類似，與黑體類似，它也是一種理想物體，但對(duì)于大部

22、分工程它也是一種理想物體，但對(duì)于大部分工程問(wèn)題來(lái)講，灰體假設(shè)帶來(lái)的誤差是可以容問(wèn)題來(lái)講，灰體假設(shè)帶來(lái)的誤差是可以容忍的；忍的；(2)(2)譜帶模型法譜帶模型法，即將所關(guān)心的連續(xù)分布的，即將所關(guān)心的連續(xù)分布的譜帶區(qū)域劃分為若干小區(qū)域，每個(gè)小區(qū)域譜帶區(qū)域劃分為若干小區(qū)域，每個(gè)小區(qū)域被稱為一個(gè)譜帶，在每個(gè)譜帶內(nèi)應(yīng)用灰體被稱為一個(gè)譜帶，在每個(gè)譜帶內(nèi)應(yīng)用灰體假設(shè)。假設(shè)。發(fā)射輻射與吸收輻射二者之間的聯(lián)系發(fā)射輻射與吸收輻射二者之間的聯(lián)系： 最簡(jiǎn)單的推導(dǎo)是用兩塊無(wú)限大平板間的最簡(jiǎn)單的推導(dǎo)是用兩塊無(wú)限大平板間的熱力學(xué)平衡方法。如圖熱力學(xué)平衡方法。如圖7-20所示，板所示，板1時(shí)黑時(shí)黑體，板體，板2是任意物體，參

23、數(shù)分別為是任意物體，參數(shù)分別為Eb, T1 以以及及E, , T2，則當(dāng)系統(tǒng)處于熱平衡時(shí)，有，則當(dāng)系統(tǒng)處于熱平衡時(shí)，有 二、基爾霍夫定律二、基爾霍夫定律bbEEEE圖圖7-20 7-20 平行平板間的輻射換熱平行平板間的輻射換熱 此即此即Kirchhoff 定律的表達(dá)式之一。該式說(shuō)明，定律的表達(dá)式之一。該式說(shuō)明，在熱力學(xué)平衡狀態(tài)下，物體的吸收率等與它的在熱力學(xué)平衡狀態(tài)下，物體的吸收率等與它的發(fā)射率。但該式具有如下發(fā)射率。但該式具有如下限制限制：(1)整個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)；整個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)；(2)如物體的吸收率和發(fā)射率與溫度有關(guān)，則二者如物體的吸收率和發(fā)射率與溫度有關(guān)，則二者只有處于同一

24、溫度下的值才能相等；只有處于同一溫度下的值才能相等；(3)投射輻射源必須是同溫度下的黑體。投射輻射源必須是同溫度下的黑體。 為了將為了將Kirchhoff 定律推向?qū)嶋H的工程應(yīng)用，定律推向?qū)嶋H的工程應(yīng)用，人們考察、推導(dǎo)了多種適用條件，形成了人們考察、推導(dǎo)了多種適用條件，形成了該定律該定律不同層次上的表達(dá)式，見表不同層次上的表達(dá)式，見表7-2。層層 次次數(shù)學(xué)表達(dá)式數(shù)學(xué)表達(dá)式成立條件成立條件光譜，定向光譜，定向光譜，半球光譜，半球全波段，半球全波段，半球無(wú)條件，無(wú)條件， 為天頂角為天頂角漫射表面漫射表面與黑體處于熱平衡或?qū)εc黑體處于熱平衡或?qū)β冶砻媛冶砻?,(),(TT),(),(TT)()(

25、TT表表7-2 Kirchhoff 定律的不同表達(dá)式定律的不同表達(dá)式注：注：(1)漫射表面：漫射表面：指發(fā)射或反射的定向輻射強(qiáng)指發(fā)射或反射的定向輻射強(qiáng)度與空間方向無(wú)關(guān)，即符合度與空間方向無(wú)關(guān)，即符合Lambert定律定律的物體表面；的物體表面；(2)灰體：灰體：指光譜吸收比與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的物體，指光譜吸收比與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的物體，其發(fā)射和吸收輻射與黑體在形式上完全一其發(fā)射和吸收輻射與黑體在形式上完全一樣，只是減小了一個(gè)相同的比例。樣，只是減小了一個(gè)相同的比例。v兩個(gè)表面之間的輻射換熱量與兩個(gè)表面之間兩個(gè)表面之間的輻射換熱量與兩個(gè)表面之間的相對(duì)位置有很大關(guān)系的相對(duì)位置有很大關(guān)系7-5 7-5 角系數(shù)的定義

26、、性質(zhì)及計(jì)算角系數(shù)的定義、性質(zhì)及計(jì)算圖圖7-21 表面相對(duì)位置的影響表面相對(duì)位置的影響va圖中兩表面無(wú)限接近，相互間的換熱量圖中兩表面無(wú)限接近，相互間的換熱量最大；最大；b圖中兩表面位于同一平面上，相互圖中兩表面位于同一平面上，相互間的輻射換熱量為零。由圖可以看出，兩個(gè)間的輻射換熱量為零。由圖可以看出，兩個(gè)表面間的相對(duì)位置不同時(shí)，一個(gè)表面發(fā)出而表面間的相對(duì)位置不同時(shí)，一個(gè)表面發(fā)出而落到另一個(gè)表面上的輻射能的百分?jǐn)?shù)隨之而落到另一個(gè)表面上的輻射能的百分?jǐn)?shù)隨之而異，從而影響到換熱量。異，從而影響到換熱量。 一一. 角系數(shù)的定義角系數(shù)的定義 角系數(shù)是進(jìn)行輻射換熱計(jì)算時(shí)空間熱組的角系數(shù)是進(jìn)行輻射換熱計(jì)算

27、時(shí)空間熱組的主要組成部分。主要組成部分。 定義：把表面定義：把表面1發(fā)出發(fā)出的輻射能中的輻射能中落到落到表面表面2上的上的百分?jǐn)?shù)百分?jǐn)?shù)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)，記為記為X1,2。 同理，表面同理，表面2發(fā)出發(fā)出的輻射能中的輻射能中落到落到表面表面1上的上的百分?jǐn)?shù)百分?jǐn)?shù)稱為表面稱為表面2對(duì)表面對(duì)表面1的角系數(shù)，的角系數(shù)，記為記為X 2, 1。二二. . 角系數(shù)的性質(zhì)角系數(shù)的性質(zhì)v研究角系數(shù)的性質(zhì)是用代數(shù)法（代數(shù)分析法）研究角系數(shù)的性質(zhì)是用代數(shù)法（代數(shù)分析法）求解角系數(shù)的前提：求解角系數(shù)的前提：v假定：假定：（1）所研究的表面是漫射的所研究的表面是漫射的 （2）在所研究表

28、面的不同地點(diǎn)上向在所研究表面的不同地點(diǎn)上向外發(fā)射的輻射熱流密度是均勻的外發(fā)射的輻射熱流密度是均勻的1 1）角系數(shù)的相對(duì)性）角系數(shù)的相對(duì)性v一個(gè)微元表面到另一個(gè)微元表面的角系數(shù)一個(gè)微元表面到另一個(gè)微元表面的角系數(shù)11211112,11cosbAdA dAbAIdddAdAXdAEd 由發(fā)出的落到上的輻射能由發(fā)出的輻射能 11bbIE輻射力輻射力:1bE：定向輻射強(qiáng)度1bI2212,coscos21rdAXdAdA (1)圖圖7-22 7-22 兩微元面間的輻射兩微元面間的輻射同理：同理：整理（整理（1 1）、（）、（2 2）式得：）式得：2211,coscos12rdAXdAdA (2)2,1,

29、1221dAXdAXdAdAdAdA (3)1221,2,1dAdAdAdAXdAXdA 兩微元表面角系數(shù)的相對(duì)性表達(dá)式：兩微元表面角系數(shù)的相對(duì)性表達(dá)式：（2 2）兩個(gè)有限大小表面之間角系數(shù)的相對(duì)性）兩個(gè)有限大小表面之間角系數(shù)的相對(duì)性1 ,2222, 11121XEAXEAbb ，當(dāng)當(dāng) 時(shí)，凈輻射換熱量為零，即時(shí)，凈輻射換熱量為零，即21TT 21bbEE 則有限大小表面間角系數(shù)的相對(duì)性的表達(dá)式則有限大小表面間角系數(shù)的相對(duì)性的表達(dá)式：1 , 222 , 11XAXA (4) 2 2）角系數(shù)的）角系數(shù)的完整性完整性 對(duì)于由幾個(gè)表面組成的封閉系統(tǒng)，據(jù)能量對(duì)于由幾個(gè)表面組成的封閉系統(tǒng)，據(jù)能量守衡原理

30、，從任何一個(gè)表面發(fā)射出的輻射能必守衡原理，從任何一個(gè)表面發(fā)射出的輻射能必全部落到封閉系統(tǒng)的個(gè)表面上。因此，任何一全部落到封閉系統(tǒng)的個(gè)表面上。因此，任何一個(gè)表面對(duì)封閉腔各表面的角系數(shù)之間存在下列個(gè)表面對(duì)封閉腔各表面的角系數(shù)之間存在下列關(guān)系：關(guān)系： 1, 13, 12, 11 , 1 nXXXX niiX1, 11(5)圖圖7-23 角系數(shù)的完整性角系數(shù)的完整性上式稱為角系數(shù)的完整性。上式稱為角系數(shù)的完整性。注：注：若表面若表面1 1為非凹表面時(shí)，為非凹表面時(shí)，X X1,11,1 = 0 = 0；若；若表面表面1 1為凹表面，為凹表面，011 ，X 3）角系數(shù)的可加性）角系數(shù)的可加性 如圖如圖7-

31、24所示從表面所示從表面1上發(fā)出而落到表面上發(fā)出而落到表面2上的總能量，等于落到表面上的總能量，等于落到表面2上各部分的輻上各部分的輻射能之和，于是有射能之和，于是有bbabbXEAXEAXEA2, 1112, 1112, 111 baXXX2, 12, 12, 1 如把表面如把表面2進(jìn)一步分成若干小塊，則有進(jìn)一步分成若干小塊，則有 niiXX12, 12, 1(6)圖圖7-24 角系數(shù)的可加性角系數(shù)的可加性 注意，利用角系數(shù)可加性時(shí)，注意，利用角系數(shù)可加性時(shí)，只有對(duì)角只有對(duì)角系數(shù)符號(hào)中第二個(gè)角碼是可加的，對(duì)角系數(shù)系數(shù)符號(hào)中第二個(gè)角碼是可加的，對(duì)角系數(shù)符號(hào)中的第一個(gè)角碼則不存在類似的關(guān)系。符號(hào)

32、中的第一個(gè)角碼則不存在類似的關(guān)系。 從從表面表面2上上發(fā)出發(fā)出而而落到表面落到表面1上的輻射能，上的輻射能，等于等于從從表面表面2的的各部分發(fā)出各部分發(fā)出而而落到表面落到表面1上上的輻射能之和，的輻射能之和，于是有于是有1 ,2221 ,2221 ,222bbabbXEAXEAXEA 角系數(shù)的上述特性可以用來(lái)求解許多情況下角系數(shù)的上述特性可以用來(lái)求解許多情況下兩表面間的角系數(shù)值兩表面間的角系數(shù)值1 ,221 ,221 ,22bbaaXAXAXA (7)221 ,2221 ,21 ,2AAXAAXXbbaa (8)三、角系數(shù)的計(jì)算方法三、角系數(shù)的計(jì)算方法 直接積分法直接積分法代數(shù)分析法代數(shù)分析法

33、幾何分析法幾何分析法求解角系數(shù)的方法求解角系數(shù)的方法1 1）直接積分法直接積分法v按角系數(shù)的基本定義通過(guò)求解多重積分而獲得按角系數(shù)的基本定義通過(guò)求解多重積分而獲得角系數(shù)的方法角系數(shù)的方法v如圖所示的兩個(gè)有限大小的面積，可以得到如圖所示的兩個(gè)有限大小的面積，可以得到222121coscosrdAXdd ， 2222121coscosAdrdAX ，微元面積微元面積 對(duì)對(duì) 的角系數(shù)為的角系數(shù)為1dA2A1222121112coscosdArdAXAAA ， 1221221121coscos1AArdAdAAX ，上式積分可得上式積分可得即即2 2）代數(shù)分析法代數(shù)分析法 利用角系數(shù)的相對(duì)性、完整性及

34、可加性，通過(guò)利用角系數(shù)的相對(duì)性、完整性及可加性，通過(guò)求解代數(shù)方程而獲得角系數(shù)的方法稱為代數(shù)分析法。求解代數(shù)方程而獲得角系數(shù)的方法稱為代數(shù)分析法。 (1)(1)三個(gè)非凹表面組成的封閉系統(tǒng)三個(gè)非凹表面組成的封閉系統(tǒng)圖圖7-25 7-25 三個(gè)非凹表面組成的封閉系統(tǒng)三個(gè)非凹表面組成的封閉系統(tǒng)1112,31 ,33,21 ,23, 12, 1 XXXXXX2,333,221 ,333, 111 ,222, 11XAXAXAXAXAXA 由角系數(shù)完整性由角系數(shù)完整性由角系數(shù)相對(duì)性由角系數(shù)相對(duì)性上述方程解得：上述方程解得：21323, 232313, 113212, 1222AAAAXAAAAXAAAAX

35、 由于垂直紙面方向的長(zhǎng)度相同，則有：由于垂直紙面方向的長(zhǎng)度相同，則有：21232, 112313, 113212, 1222llllXllllXllllX (2)(2)任意兩個(gè)任意兩個(gè)非凹表面非凹表面間的角系數(shù)間的角系數(shù) 如圖所示表面和假定在垂直于紙面的方如圖所示表面和假定在垂直于紙面的方向上表面的長(zhǎng)度是無(wú)限延伸的向上表面的長(zhǎng)度是無(wú)限延伸的 ，只有封閉，只有封閉系統(tǒng)才能應(yīng)用角系數(shù)的完整性，為此作輔系統(tǒng)才能應(yīng)用角系數(shù)的完整性，為此作輔助線助線acac和和bdbd，與，與abab、cdcd一起構(gòu)成封閉腔。一起構(gòu)成封閉腔。圖圖7-26 7-26 兩個(gè)非凹表面及假想面組成兩個(gè)非凹表面及假想面組成的封閉

36、系統(tǒng)的封閉系統(tǒng)根據(jù)角系數(shù)的完整性：根據(jù)角系數(shù)的完整性：1abcdabcabbdXXX ，a，2abcabacbcXab，a2abbdabbdadXab，12A交叉線之和 不交叉線之和表面 的斷面長(zhǎng)度 上述方法又被稱為上述方法又被稱為交叉線法交叉線法。注意：這里所。注意：這里所謂的交叉線和不交叉線都是指虛擬面斷面的線，謂的交叉線和不交叉線都是指虛擬面斷面的線，或者說(shuō)是輔助線?；蛘哒f(shuō)是輔助線。,()()2ab cdbcadacbdXab例題例題7-17-1，求下列圖形中的角系數(shù)，求下列圖形中的角系數(shù)1 2X，11 222 1A XA X，21 22 11AXXA，2 11X，21324RR43解：

37、解：221 22 11 2211 21212ARXXXARX，解：解：21 22 11 211 2114218AXXXAX，解：解：1 20.5X，解：解：(1 2)2(1 2)(1 2) 411,422,41,4(1 2) 42,411AAAXA XA XXXXAA，(1 2),(3 4)(1 2),3(1 2),4(1 2),4(1 2),(3 4)(1 2)XXXXXX，32,42, 3 42,3XXX 同理（）(1 2)(1 2), 3 4(3 4)3 4 ,(1 2)AXAX（）（）(1 2)(1 2),333,(1 2)AXA X22,(3 4)(3 4)(3 4),2A XAX2

38、2,333,2A XA X解：解：注：利用這樣的分析方法，擴(kuò)大線圖的使用，可以得出很多幾何結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的角系數(shù)注：利用這樣的分析方法，擴(kuò)大線圖的使用，可以得出很多幾何結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的角系數(shù)例題例題8-2 ：求圖中：求圖中1、4兩個(gè)表面之間的角系數(shù)兩個(gè)表面之間的角系數(shù)的部分的部分到達(dá)表面到達(dá)表面的熱輻射的熱輻射發(fā)出表面發(fā)出表面1221)(212, 111 ,2222, 1112, 1bbbbEEXAXEAXEA一、兩黑體表面組成的封閉腔間的輻射換熱計(jì)算一、兩黑體表面組成的封閉腔間的輻射換熱計(jì)算 如圖如圖7-27所示，黑表面所示，黑表面1和和2之間的輻射換熱量為之間的輻射換熱量為7-6 被透明介質(zhì)隔開的被透

39、明介質(zhì)隔開的 兩固體表面間的輻射換熱兩固體表面間的輻射換熱圖圖7-27 黑體系統(tǒng)的輻射換熱黑體系統(tǒng)的輻射換熱（2）有效輻射）有效輻射：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)離開單位面積的總輻：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)離開單位面積的總輻射能為該表面的有效輻射，記為射能為該表面的有效輻射，記為J。表面的反射比，可表示成表面的反射比，可表示成有效輻射包括有效輻射包括自身射輻射自身射輻射E投入輻射投入輻射 被反射輻射的部分被反射輻射的部分GG111）有效輻射）有效輻射（1）投入輻射）投入輻射：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)投射到單位面積上的：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)投射到單位面積上的總輻射能，記為總輻射能，記為G。二、兩漫灰表面組成的封閉系統(tǒng)的輻射換熱計(jì)算二、兩漫灰表面組成的

40、封閉系統(tǒng)的輻射換熱計(jì)算 圖圖7-28 有效輻射示意圖有效輻射示意圖 考考察表面溫度均勻、表面輻射特性為常數(shù)的表面察表面溫度均勻、表面輻射特性為常數(shù)的表面1（如圖（如圖7-28所示）。根據(jù)有效輻射的定義，所示）。根據(jù)有效輻射的定義，表面表面1的有效輻射有如下表達(dá)式：的有效輻射有如下表達(dá)式：11111111(1)bJEGEG 在表面外能感受到的表面輻射就是有效輻射，在表面外能感受到的表面輻射就是有效輻射，它也是用輻射探測(cè)儀能測(cè)量到的單位表面積上的輻它也是用輻射探測(cè)儀能測(cè)量到的單位表面積上的輻射功率射功率 。2/Wm111111111GEGEGJqb 從表面從表面1 1外部來(lái)觀察，其外部來(lái)觀察，其能

41、量收支差額能量收支差額應(yīng)應(yīng)等于有效輻射等于有效輻射 與投入輻射與投入輻射 之差，即之差，即1J1G 從表面內(nèi)部觀察，從表面內(nèi)部觀察，該表面與外界的輻射該表面與外界的輻射換熱量應(yīng)為：換熱量應(yīng)為：111qEG 上兩式聯(lián)立，消去上兩式聯(lián)立，消去G G1 1，得到，得到J J與表面凈與表面凈輻射換熱量之間的關(guān)系輻射換熱量之間的關(guān)系: :11(1)bEJqEq 注意：式中的各個(gè)量均是對(duì)同一表面而注意：式中的各個(gè)量均是對(duì)同一表面而言的，而且以向外界的凈放熱量為正值。言的，而且以向外界的凈放熱量為正值。2）兩灰表面組成的封閉腔的輻射換熱）兩灰表面組成的封閉腔的輻射換熱圖圖7-29 7-29 兩個(gè)物體組成的輻

42、射換熱系統(tǒng)兩個(gè)物體組成的輻射換熱系統(tǒng)下面來(lái)分析兩個(gè)等溫漫灰表面封閉系統(tǒng)內(nèi)的輻射換熱情況。下面來(lái)分析兩個(gè)等溫漫灰表面封閉系統(tǒng)內(nèi)的輻射換熱情況。如圖如圖7-297-29所示，兩個(gè)表面的凈換熱量為所示，兩個(gè)表面的凈換熱量為根據(jù)下式及能量守恒有根據(jù)下式及能量守恒有1,2111,2222,1A J XA J X(a)11111,2111bJ AAE(b)22222,1211bJ AA E(c)1,22,1 (d)將將 (b)(b)、(c)(c)、(d)(d)代入代入(a)(a)得得2222,11111212,1111AXAAEEbb1bE1J2J2bE1111A11,21A X2221A圖圖7-30 兩

43、封閉表面間的輻射換熱網(wǎng)絡(luò)圖兩封閉表面間的輻射換熱網(wǎng)絡(luò)圖若以若以 為計(jì)算面積，上式可改寫為：為計(jì)算面積，上式可改寫為：1A11111)(2212, 112112, 1AAXEEAbb11,2121,22,112()11111bbA XEEXX11,212()sbbA XEE1,22,11211111sXX 定義系統(tǒng)黑度定義系統(tǒng)黑度( (或稱為系統(tǒng)發(fā)射率或稱為系統(tǒng)發(fā)射率) )三種特殊情形三種特殊情形(1)(1) 表面表面1 1為凸面或平面，此時(shí)，為凸面或平面，此時(shí)，X X1,21,21 1，于是，于是1111112212, 112, 1AAXXs11112211AAs(2)(2) 表面積表面積A

44、A1 1比表面積比表面積A A2 2小得多，即小得多，即A A1 1/A/A2 2 0 0 于是于是1s(3)(3) 表面積表面積A A1 1與表面積與表面積A A2 2相當(dāng)，即相當(dāng)，即A A1 1/A/A2 2 1 1 于是于是111121s(1)(1) 兩平行平壁間的輻射換熱兩平行平壁間的輻射換熱11111)(2212, 112112, 1AAXEEAbb12AAA1 22 1XX，且且44()sbATT11112211AAs舉例舉例(2)(2) 空腔與內(nèi)包壁間的輻射換熱空腔與內(nèi)包壁間的輻射換熱1 22 1XX，1121,21122()111bbA EEAA1 21112()bbA EE，

45、1s 若若 ， 且且 較大，如車間內(nèi)的采暖板、較大，如車間內(nèi)的采暖板、熱力管道，測(cè)溫傳感器等都屬于此種情況熱力管道，測(cè)溫傳感器等都屬于此種情況121AA12AA2討論練習(xí)：討論練習(xí)： 某房間吊裝一水銀溫度計(jì)讀數(shù)為某房間吊裝一水銀溫度計(jì)讀數(shù)為15，已知溫度計(jì)頭部發(fā)射率（黑度）為，已知溫度計(jì)頭部發(fā)射率（黑度）為0.9，頭部與室內(nèi)空氣間的對(duì)流換熱系數(shù)為，頭部與室內(nèi)空氣間的對(duì)流換熱系數(shù)為20W/m2K，墻表面溫度為，墻表面溫度為10 ，求，求該溫度計(jì)的測(cè)量誤差。如何減小測(cè)量誤差？該溫度計(jì)的測(cè)量誤差。如何減小測(cè)量誤差？16.2ft 441212844()()0.9 5.67 10(273 15)(273

46、 10)20(15)16.2 15100% 7.4%16.2bbfwbwbwfAEEh AttET ETt 15wt 10wt 0.9220/hW m K已知已知 ， ， ， 求測(cè)溫誤差？求測(cè)溫誤差？解：解：據(jù)有效輻射的計(jì)算式據(jù)有效輻射的計(jì)算式11(1)bEJqEq1bEJq1bEJA 或或（7-18）1.勢(shì)差與熱阻勢(shì)差與熱阻7-7 多表面系統(tǒng)輻射換熱的計(jì)算多表面系統(tǒng)輻射換熱的計(jì)算又據(jù)兩個(gè)表面的凈換熱量為又據(jù)兩個(gè)表面的凈換熱量為1,2111,2222,111,212()A J XA J XA XJJ由此得到由此得到121,211,2()1JJA X（7-19） 將式（將式（7-187-18）、

47、（）、（7-197-19）與電學(xué)中的歐）與電學(xué)中的歐姆定律相比可見：換熱量姆定律相比可見：換熱量 相當(dāng)于電流強(qiáng)相當(dāng)于電流強(qiáng)度；度； 或或 相當(dāng)于電勢(shì)差；相當(dāng)于電勢(shì)差；而而 及及 則相當(dāng)于電阻，分別稱為則相當(dāng)于電阻，分別稱為輻射換熱表面的輻射換熱表面的表面輻射熱阻表面輻射熱阻及及空間輻射熱空間輻射熱阻。阻。 相當(dāng)于電源電勢(shì)，而相當(dāng)于電源電勢(shì)，而 則相當(dāng)于節(jié)則相當(dāng)于節(jié)點(diǎn)電壓。則點(diǎn)電壓。則兩個(gè)輻射熱阻的等效電路如圖所兩個(gè)輻射熱阻的等效電路如圖所示：示：bEJ1A12()JJ11,21A XbEJ（a a） 表面輻射熱阻表面輻射熱阻bE1AJ（b b） 空間輻射熱阻空間輻射熱阻1J1 2，2, 111

48、XA2J 利用上述兩個(gè)單元格電路，可以容易利用上述兩個(gè)單元格電路，可以容易地畫出組成封閉系統(tǒng)的兩個(gè)灰體表面間輻地畫出組成封閉系統(tǒng)的兩個(gè)灰體表面間輻射換熱的等效網(wǎng)絡(luò)，射換熱的等效網(wǎng)絡(luò)，如圖所示如圖所示。根據(jù)等效根據(jù)等效網(wǎng)絡(luò)，可以立即寫出換熱量計(jì)算式：網(wǎng)絡(luò)，可以立即寫出換熱量計(jì)算式：12121111,222111bbEEAA XA 兩表面封閉系統(tǒng)輻射換熱等效網(wǎng)絡(luò)圖兩表面封閉系統(tǒng)輻射換熱等效網(wǎng)絡(luò)圖1bE1111A2J1J2bE2221A2, 12, 11XA 這種把輻射熱阻比擬成等效的電阻從這種把輻射熱阻比擬成等效的電阻從而通過(guò)等校的網(wǎng)絡(luò)圖來(lái)求解輻射換熱的方而通過(guò)等校的網(wǎng)絡(luò)圖來(lái)求解輻射換熱的方法成為

49、輻射換熱的法成為輻射換熱的網(wǎng)絡(luò)法網(wǎng)絡(luò)法。應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)法求解多表面封閉系統(tǒng)輻射換熱應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)法求解多表面封閉系統(tǒng)輻射換熱問(wèn)題的問(wèn)題的步驟步驟：（1 1）畫出等效的網(wǎng)絡(luò)圖。）畫出等效的網(wǎng)絡(luò)圖。（2 2）列出節(jié)點(diǎn)的電流方程）列出節(jié)點(diǎn)的電流方程（3 3）求解上述代數(shù)方程得出節(jié)點(diǎn)電勢(shì)。）求解上述代數(shù)方程得出節(jié)點(diǎn)電勢(shì)。1biiiiiiEJA （4 4）按公式）按公式 確定每一個(gè)表確定每一個(gè)表 面的凈輻射換熱量。面的凈輻射換熱量。2.網(wǎng)絡(luò)法的應(yīng)用舉例網(wǎng)絡(luò)法的應(yīng)用舉例以圖（以圖（a a）所示的三表面的輻射換熱問(wèn)題為例畫出圖（）所示的三表面的輻射換熱問(wèn)題為例畫出圖（b b）的等效網(wǎng)絡(luò)圖的等效網(wǎng)絡(luò)圖(a)(a)由三個(gè)表

50、面組成的封閉系統(tǒng)由三個(gè)表面組成的封閉系統(tǒng)(b)(b)三表面封閉腔的等效網(wǎng)絡(luò)圖三表面封閉腔的等效網(wǎng)絡(luò)圖a 有一個(gè)表面為黑體。有一個(gè)表面為黑體。黑體的表面熱阻為黑體的表面熱阻為零零。其網(wǎng)絡(luò)圖見圖。其網(wǎng)絡(luò)圖見圖7-34a。b 有一個(gè)表面絕熱，有一個(gè)表面絕熱，即該表面的凈換熱量即該表面的凈換熱量為零為零。其網(wǎng)絡(luò)圖見圖。其網(wǎng)絡(luò)圖見圖7-34b 和和7-34c，3. 3. 兩個(gè)重要特例兩個(gè)重要特例三表面系統(tǒng)的兩個(gè)特例三表面系統(tǒng)的兩個(gè)特例 7-8 輻射換熱的強(qiáng)化與削弱輻射換熱的強(qiáng)化與削弱強(qiáng)化輻射換熱強(qiáng)化輻射換熱的主要途徑有兩種：的主要途徑有兩種：(1)(1)增加發(fā)射率；增加發(fā)射率；(2)(2)增加角系數(shù)。增

51、加角系數(shù)。削弱輻射換熱削弱輻射換熱的主要途徑有三種：的主要途徑有三種：(1)(1) 降低發(fā)射率；降低發(fā)射率；(2)(2) 降低角系數(shù)；降低角系數(shù)；(3)(3) 加入遮熱板。加入遮熱板。 所謂所謂遮熱板遮熱板，是指插入兩個(gè)輻射換熱表，是指插入兩個(gè)輻射換熱表面之間以削弱輻射換熱的薄板，其實(shí)插入遮面之間以削弱輻射換熱的薄板，其實(shí)插入遮熱板相當(dāng)于降低了表面發(fā)射率。本節(jié)主要討熱板相當(dāng)于降低了表面發(fā)射率。本節(jié)主要討論這種削弱輻射換熱的方式。論這種削弱輻射換熱的方式。 為了說(shuō)明遮熱板的工作原理，我們來(lái)分為了說(shuō)明遮熱板的工作原理，我們來(lái)分析在平行平板之間插入一塊薄金屬板所引起析在平行平板之間插入一塊薄金屬板所

52、引起的輻射換熱的變化的輻射換熱的變化: :穩(wěn)態(tài)時(shí)有穩(wěn)態(tài)時(shí)有: :2, 33 , 12, 1212, 1232, 3313 , 1)(21)()(qqqEEqEEqEEqbbsbbsbbs 可見，與沒有遮熱板時(shí)相比，輻射換熱量減可見，與沒有遮熱板時(shí)相比，輻射換熱量減小了一半。小了一半。 輻射表面和金屬板的溫度、吸收比如圖所示。輻射表面和金屬板的溫度、吸收比如圖所示。為討論方便，為討論方便，設(shè)平板和金屬薄板都是灰體，設(shè)平板和金屬薄板都是灰體，并且并且123遮熱板遮熱板7-9 氣體輻射氣體輻射 本節(jié)將簡(jiǎn)要介紹氣體輻射的特點(diǎn)、換熱本節(jié)將簡(jiǎn)要介紹氣體輻射的特點(diǎn)、換熱過(guò)程及其處理方法。在工程中常見的溫度范

53、過(guò)程及其處理方法。在工程中常見的溫度范圍內(nèi)，圍內(nèi)， 和和 具有很強(qiáng)的吸收和發(fā)射熱具有很強(qiáng)的吸收和發(fā)射熱輻射的本領(lǐng)，而其他的氣體則較弱，這也是輻射的本領(lǐng)，而其他的氣體則較弱，這也是本節(jié)采用這兩種氣體作為例子的原因。本節(jié)采用這兩種氣體作為例子的原因。OH22CO1 1） 氣體輻射的特點(diǎn)氣體輻射的特點(diǎn) (1) (1) 氣體輻射對(duì)波長(zhǎng)具有選擇性。氣體輻射對(duì)波長(zhǎng)具有選擇性。它只它只在某譜帶內(nèi)具有發(fā)射和吸收輻射的本領(lǐng)，而在某譜帶內(nèi)具有發(fā)射和吸收輻射的本領(lǐng)，而對(duì)于其他譜帶則呈現(xiàn)透明狀態(tài)。如圖對(duì)于其他譜帶則呈現(xiàn)透明狀態(tài)。如圖7-367-36所所示。示。 (2) (2) 氣體的輻射和吸收是在整個(gè)容積中氣體的輻射和吸收是在整個(gè)容積中進(jìn)行的進(jìn)行的，因而，氣體的發(fā)射率和吸收比還與，因而，氣體的發(fā)射率和吸收比還與容器的形狀和容積大小有關(guān)。容器的形狀和容積大小有關(guān)。 和和 的主要吸收譜帶的主要吸收譜帶光譜輻射穿過(guò)氣體層時(shí)的衰減光譜輻射穿過(guò)氣體層時(shí)的衰減 2COOH22） 氣體輻射的衰減規(guī)律氣體輻射的衰減規(guī)律當(dāng)熱輻射進(jìn)入吸收性氣體層時(shí)，因沿途被氣當(dāng)熱輻射進(jìn)入吸收性氣體層時(shí)，因沿途被氣體吸收而衰減。為了考察輻射在氣體內(nèi)的衰體吸收而衰減。為了