




版權(quán)說(shuō)明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)
文檔簡(jiǎn)介
第七章熱輻射基本定及物體的輻射特性第1頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月§7-1熱輻射的基本概念1.熱輻射特點(diǎn)(1)定義:由熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的,以電磁波形式傳遞的能量;(2)特點(diǎn):a任何物體,只要溫度高于0K,就會(huì)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(qiáng)烈的方向性;e輻射能與溫度和波長(zhǎng)均有關(guān);f發(fā)射輻射取決于溫度的4次方。第2頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月2.電磁波譜電磁輻射包含了多種形式,如圖7-1所示,而我們所感興趣的,即工業(yè)上有實(shí)際意義的熱輻射區(qū)域一般為0.1~100μm。電磁波的傳播速度:C=fλ式中:f—頻率,s-1;λ—波長(zhǎng),μm第3頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月電磁輻射波譜圖7-1第4頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月當(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7-2所示。3.物體對(duì)熱輻射的吸收、反射和穿透
第5頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月圖7.2物體對(duì)熱輻射的吸收反射和穿透第6頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月對(duì)于大多數(shù)的固體和液體:對(duì)于不含顆粒的氣體:對(duì)于黑體:鏡體或白體:透明體:第7頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月反射又分鏡反射和漫反射兩種圖7-3鏡反射圖7-4漫反射第8頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月1.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(shí)生活中是不存在的。但卻可以人工制造出近似的人工黑體。圖7-5黑體模型§7-2黑體輻射的基本定律第9頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月輻射力E:?jiǎn)挝粫r(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。(W/m2);光譜輻射力Eλ:?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi),單位波長(zhǎng)范圍內(nèi)(包含某一給定波長(zhǎng)),物體的單位表面積向半球空間發(fā)射的能量。(W/m3);2.熱輻射能量的表示方法第10頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月E、Eλ關(guān)系:顯然,E和Eλ之間具有如下關(guān)系: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Ebλ第11頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月3.黑體輻射的三個(gè)基本定律及相關(guān)性質(zhì)式中,λ—波長(zhǎng),m;T—黑體溫度,K;c1
—第一輻射常數(shù),3.742×10-16W
m2;
c2—第二輻射常數(shù),1.4388×10-2W
K;
(1)Planck定律(第一個(gè)定律):第12頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月圖7-6Planck定律的圖示第13頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月(2)Stefan-Boltzmann定律(第二個(gè)定律):
式中,σ=5.67×10-8w/(m2
K4),是Stefan-Boltzmann常數(shù)。圖7-6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。λm與T的關(guān)系由Wien位移定律給出:第14頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月(3)黑體輻射函數(shù)黑體在波長(zhǎng)λ1和λ2區(qū)段內(nèi)所發(fā)射的輻射力,如圖7-7所示:圖7-7特定波長(zhǎng)區(qū)段內(nèi)的黑體輻射力第15頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月黑體輻射函數(shù):第16頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月定義:球面面積除以球半徑的平方稱為立體角,單位:sr(球面度),如圖7-8和7-9所示:(4)立體角第17頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月圖7-8立體角定義圖第18頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月圖7-9計(jì)算微元立體角的幾何關(guān)系第19頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月定義:?jiǎn)挝粫r(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)射的一切波長(zhǎng)的能量,參見圖7-10。
(5)定向輻射強(qiáng)度L(
,
):第20頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月(6)Lambert定律(黑體輻射的第三個(gè)基本定律)它說(shuō)明黑體的定向輻射力隨天頂角
呈余弦規(guī)律變化,見圖7-11,因此,Lambert定律也稱為余弦定律。第21頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月圖7-10定向輻射強(qiáng)度的定義圖第22頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月圖7-11Lambert定律圖示沿半球方向積分上式,可獲得了半球輻射強(qiáng)度E:第23頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月§
7-3實(shí)際固體和液體的輻射特性1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(qiáng),包括所有方向和所有波長(zhǎng);真實(shí)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(shí)際物體的半球總輻射力與黑體半球總輻射力之比:第24頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月上面公式只是針對(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。WavelengthDirection(anglefromthesurfacenormal)第25頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月因此,我們需要定義方向光譜發(fā)射率,對(duì)于某一指定的方向(,)和波長(zhǎng)
第26頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月對(duì)上面公式在所有波長(zhǎng)范圍內(nèi)積分,可得到方向總發(fā)射率,即實(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:第27頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月
對(duì)于指定波長(zhǎng),而在方向上平均的情況,則定義了半球光譜發(fā)射率,即實(shí)際物體的光譜輻射力與黑體的光譜輻射力之比第28頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月這樣,前面定義的半球總發(fā)射率則可以寫為:
半球總發(fā)射率是對(duì)所有方向和所有波長(zhǎng)下的平均第29頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月
對(duì)應(yīng)于黑體的輻射力Eb,光譜輻射力Eb
和定向輻射強(qiáng)度L,分別引入了三個(gè)修正系數(shù),即,發(fā)射率
,光譜發(fā)射率
(
)和定向發(fā)射率
(
),其表達(dá)式和物理意義如下實(shí)際物體的輻射力與黑體輻射力之比:第30頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月
實(shí)際物體的光譜輻射力與黑體的光譜輻射力之比:
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:第31頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月漫發(fā)射的概念:表面的方向發(fā)射率()與方向無(wú)關(guān),即定向輻射強(qiáng)度與方向無(wú)關(guān),滿足上訴規(guī)律的表面稱為漫發(fā)射面,這是對(duì)大多數(shù)實(shí)際表面的一種很好的近似。第32頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月圖7-15幾種金屬導(dǎo)體在不同方向上的定向發(fā)射率
(
)(t=150℃)第33頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月圖7-16幾種非導(dǎo)電體材料在不同方向上的定向發(fā)射率
(
)(t=0~93.3℃)第34頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月前面講過(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相同,比如,(1)實(shí)際物體的輻射力與黑體和灰體的輻射力的差別見圖7-14;(2)實(shí)際物體的輻射力并不完全與熱力學(xué)溫度的四次方成正比;(3)實(shí)際物體的定向輻射強(qiáng)度也不嚴(yán)格遵守Lambert定律,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。第35頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月圖7-14實(shí)際物體、黑體和灰體的輻射能量光譜第36頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月本節(jié)中,還有幾點(diǎn)需要注意將不確定因素歸于修正系數(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);服從Lambert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Lambert定律,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;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)射輻射的物體本身有關(guān),而不涉及外界條件。第37頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月
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)投入輻射吸收的情況又是如何呢?本節(jié)將對(duì)其作出解答。Semi-transparentmediumAbsorptivitydealswithwhathappensto_______________________________,while
emissivitydealswith
_____________________第38頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月1.投入輻射:?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)投射到單位表面積上的總輻射能2.選擇性吸收: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)其波長(zhǎng)的不同而變化,這叫選擇性吸收首先介紹幾個(gè)概念:§7-4實(shí)際固體的吸收比和基爾霍夫定律第39頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月3.吸收比:物體對(duì)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(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。光譜吸收比隨波長(zhǎng)的變化體現(xiàn)了實(shí)際物體的選擇性吸收的特性。第40頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月圖7-17和7-18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。圖7-17金屬導(dǎo)電體的光譜吸收比同波長(zhǎng)的關(guān)系第41頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月圖7-18非導(dǎo)電體材料的光譜吸收比同波長(zhǎng)的關(guān)系灰體: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,吸收比都是同一個(gè)常數(shù)。第42頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)前面的定義可知,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)的能量分布有關(guān)。設(shè)下標(biāo)1、2分別代表所研究的物體和產(chǎn)生投入輻射的物體,則物體1的吸收比為第43頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月圖7-18給出了一些材料對(duì)黑體輻射的吸收比與溫度的關(guān)系。如果投入輻射來(lái)自黑體,由于,則上式可變?yōu)榈?4頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月圖7-19物體表面對(duì)黑體輻射的吸收比與溫度的關(guān)系第45頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月灰體法,即將光譜吸收比
(
)等效為常數(shù),即
=
(
)=const。并將
(
)與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的物體稱為灰體,與黑體類似,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)的誤差是可以容忍的;譜帶模型法,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)域被稱為一個(gè)譜帶,在每個(gè)譜帶內(nèi)應(yīng)用灰體假設(shè)。第46頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月發(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)限大平板間的熱力學(xué)平衡方法。如圖7-20所示,板1時(shí)黑體,板2是任意物體,參數(shù)分別為Eb,T1以及E,,T2,則當(dāng)系統(tǒng)處于熱平衡時(shí),有第47頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月圖7-20平行平板間的輻射換熱第48頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月
此即Kirchhoff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發(fā)射率。但該式具有如下限制:整個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài);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溫度下的值才能相等;投射輻射源必須是同溫度下的黑體。第49頁(yè),課件共51頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月為了將Kirchhoff定律推向?qū)嶋H的工程應(yīng)用,人們考察、
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無(wú)特殊說(shuō)明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒(méi)有圖紙預(yù)覽就沒(méi)有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 餐飲肉類采購(gòu)合同范本
- 展位展臺(tái)設(shè)計(jì)合同范本
- 上海員工合同范本
- 餐廳直營(yíng)托管合同范本
- 水果賣貨合同范本
- 小型餐飲服務(wù)合同范本
- 2025年合同談判中應(yīng)注意的關(guān)鍵幾點(diǎn)問(wèn)題
- 2025汽車租賃合同模板
- 2025勞動(dòng)合同申訴書模板
- 2025商業(yè)空間設(shè)計(jì)合同范本
- 2025年4月自考13887經(jīng)濟(jì)學(xué)原理中級(jí)押題及答案
- 琴行規(guī)章制度
- 小學(xué)校長(zhǎng)在月度教師會(huì)議總結(jié)發(fā)言:教學(xué)、管理、成長(zhǎng)全回顧
- 國(guó)企人力筆試題庫(kù)及答案
- 公司事故隱患內(nèi)部報(bào)告獎(jiǎng)勵(lì)制度
- 如何通過(guò)合理膳食安排促進(jìn)嬰幼兒成長(zhǎng)發(fā)育
- JJF(紡織) 061-2024 圓盤取樣器校準(zhǔn)規(guī)范
- 智能健康養(yǎng)老服務(wù)人才培養(yǎng)創(chuàng)新與實(shí)踐探索
- 2025年宣傳策劃類面試題及答案
- 人教版(2024)七年級(jí)下冊(cè)生物期中復(fù)習(xí)必背知識(shí)點(diǎn)提綱
- 統(tǒng)編歷史七年級(jí)下冊(cè)(2024版)第8課-北宋的政治【課件】j
評(píng)論
0/150
提交評(píng)論