傳熱學(xué)-第八章new

1、第八章 熱輻射基本定律1第八章 熱輻射的基本定律第一節(jié) 基本概念第二節(jié) 熱輻射的基本定律第八章 熱輻射基本定律28-1 熱輻射的基本概念1. 熱輻射的定義及特點(1) 定義：由熱運動產(chǎn)生的，以電磁波形式傳遞的能量；(2) 特點：a 任何物體，只要溫度高于0 K，就會不停地向周圍空間發(fā)出熱輻射；b 可以在真空中傳播；c 伴隨能量形式的轉(zhuǎn)變；d 具有強烈的方向性；e 輻射能與溫度和波長均有關(guān)；f 發(fā)射輻射取決于溫度的4次方。第八章 熱輻射基本定律3電 磁 輻 射 波 譜圖8-1電磁輻射包含了多種形式，如圖8-1所示，而我們所感興趣的，即工業(yè)上有實際意義的熱輻射區(qū)域一般為0.1100m。第八章 熱輻

2、射基本定律4當(dāng)熱輻射投射到物體表面上時，一般會發(fā)生三種現(xiàn)象，即吸收、反射和穿透，如圖7-2所示。2. 物體對熱輻射的吸收、反射和穿透 圖8.2物體對熱輻射的吸收反射和穿透某一波長下輻射能全波長范圍的總能量第八章 熱輻射基本定律5對于大多數(shù)的固體和液體：對于不含顆粒的氣體：對于黑體： 鏡體或白體：透明體：反射又分鏡反射和漫反射兩種圖8-3 鏡反射圖8-4 漫反射第八章 熱輻射基本定律63、定向輻射強度和定向輻射力（1）立體角：球面面積除以球半徑的平方稱為立體角，單位：sr(球面度)。半球空間的立體角是2 第八章 熱輻射基本定律7第八章 熱輻射基本定律8（2）定向輻射強度定義：單位時間內(nèi)，物體在垂

3、直發(fā)射方向的單位面積上，在單位立體角內(nèi)發(fā)射的一切波長的能量。第八章 熱輻射基本定律9光譜定向輻射強度：在某給定輻射方向上，單位時間、單位可見輻射面積，在波長 附近的單位波長間隔內(nèi)、單位立體角內(nèi)所發(fā)射的能量稱光譜定向輻射強度。第八章 熱輻射基本定律10（3）輻射力 定向輻射力：在某給定輻射方向上，單位時間內(nèi)、物體單位輻射面積、在單位立體角內(nèi)所發(fā)射全部波長的能量稱為定向輻射力。 第八章 熱輻射基本定律11輻射力E：單位時間內(nèi)，物體的單位表面積向半球空間發(fā)射的所有波長的能量總和。 (W/m2)；光譜輻射力E：單位時間內(nèi)，單位波長范圍內(nèi)(包含某一給定波長)，物體的單位表面積向半球空間發(fā)射的能量。 (W

4、/m3)；光譜定向輻射力E，：第八章 熱輻射基本定律121.黑體概念黑體：是指能吸收投入到其面上的所有熱輻射能的物體，是一種科學(xué)假想的物體，現(xiàn)實生活中是不存在的。但卻可以人工制造出近似的人工黑體。黑體一般采用下標(biāo)b表示，如黑體的輻射力為Eb，黑體的光譜輻射力為Eb圖8-5 黑體模型8-2 熱輻射的基本定律第八章 熱輻射基本定律132.黑體輻射的三個基本定律及相關(guān)性質(zhì) 式中， 波長，m ； T 黑體溫度，K ； c1 第一輻射常數(shù)，3.743108 ； c2 第二輻射常數(shù)，1.439104 mK； (1)Planck定律(第一個定律)：圖8-6是根據(jù)上式描繪的黑體光譜輻射力隨波長和溫度的依變關(guān)系

5、。m與T 的關(guān)系由Wien位移定律給出，圖8-6 Planck 定律的圖示第八章 熱輻射基本定律14(2)Stefan-Boltzmann定律(第二個定律)： 式中，= 5.6710-8 w/(m2K4)，是Stefan-Boltzmann常數(shù)。黑體輻射函數(shù)黑體在波長1和2區(qū)段內(nèi)所發(fā)射的輻射力，如圖8-7所示：圖8-7 特定波長區(qū)段內(nèi)的 黑體輻射力第八章 熱輻射基本定律15黑體輻射函數(shù):第八章 熱輻射基本定律16 (3) Lambert 定律(黑體輻射的第三個基本定律)它說明黑體的定向輻射力隨天頂角呈余弦規(guī)律變化，見圖8-11，因此， Lambert定律也稱為余弦定律。由于所以第八章 熱輻射基

6、本定律173 基爾霍夫定律1 實際物體的輻射發(fā)射率 發(fā)射率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，包括所有方向和所有波長；真實物體表面的發(fā)射能力低于同溫度下的黑體；因此，定義了發(fā)射率 (也稱為黑度) ：相同溫度下，實際物體的半球總輻射力與黑體半球總輻射力之比:第八章 熱輻射基本定律18幾種不同的發(fā)射率 第八章 熱輻射基本定律19灰體定義：?特點：灰體的光譜輻射力與同溫度下黑體光譜輻射率隨波長的變化曲線完全相似。第八章 熱輻射基本定律202 基爾霍夫定律 前面簡單介紹了實際物體的發(fā)射情況，那么當(dāng)外界的輻射投入到物體表面上時，該物體對投入輻射吸收的情況又是如何呢？Semi-t

7、ransparent medium第八章 熱輻射基本定律21 投入輻射：單位時間內(nèi)投射到單位表面積上的總輻射能 選擇性吸收：投入輻射本身具有光譜特性，因此，實際 物體對投入輻射的吸收能力也根據(jù)其波長的不同而變 化，這叫選擇性吸收 吸收比：物體對投入輻射所吸收的百分?jǐn)?shù)，通常用表 示，即(4) 光譜吸收比：物體對某一特定波長的輻射能所吸收的百分?jǐn)?shù)，也叫單色吸收比。光譜吸收比隨波長的變化體現(xiàn)了實際物體的選擇性吸收的特性。第八章 熱輻射基本定律22數(shù)學(xué)表達式成立條件無條件，為天頂角漫射表面灰表面漫灰表面 Kirchhoff 定律的不同表達式注：漫射表面：指發(fā)射或反射的定向輻射強度與空間方向無關(guān)，即符合

8、Lambert定律的物體表面；灰體：指光譜吸收比與波長無關(guān)的物體，其發(fā)射和吸收輻射與黑體在形式上完全一樣，只是減小了一個相同的比例。第八章 熱輻射基本定律23思考題：1.什么是黑體, 灰體? 實際物體在什么樣的條件下可以看成是灰體?2.光譜輻射力,輻射力和定向輻射強度的物理意義. 它們之間有什么關(guān)系?3.物體的發(fā)射率, 吸收率, 反射率, 穿透率是怎樣定義的? 發(fā)射率和反射率有何不同?4.工業(yè)上有實際意義的熱輻射波長范圍. 近紅外, 遠紅外輻射概念.5.漫射表面的概念.第八章 熱輻射基本定律246.物體的發(fā)射率取決于物體本身, 而不涉及外部條件. 因此, 發(fā)射率可看成是物性. 但是吸收率與外界條件有關(guān). 為什么對于灰體