华科传热学5.ppt

* * 基尔霍夫定律是在物体与黑体投入辐射处于热平衡条件下得出的。 必要条件：物体与黑体投入辐射热平衡 工程计算难以满足 那么什么前提下这两个条件可以去掉呢？ * * 灰体：吸收比与波长无关，在一定温度下是常数。 物体的发射率是物性参数，与环境条件无关 结论：灰体是无条件满足基尔霍夫定律的。 某温度T下：一灰体与黑体处于热平衡 基尔霍夫定律 考虑温度不变，投入辐射改为非黑体 灰体吸收比与波长无关 * * 灰体 漫灰表面： 方向发射率和方向吸收比与方向无关； 单色发射率和单色吸收比与波长无关。 * * 说明 （1）基尔霍夫定律有几种不同层次上的表达式，归纳为下表 层 次 数学表达式 成立条件 单色，定向 ? ?,?,?,T ? ?,?,?,T 无条件，?为纬度角 单色，半球 ? ?, T ? ?,T 漫射表面 全波段，半球 ? T ? T 与黑体热平衡或漫射灰体 （2）对工程计算而言，只要在所研究的波长范围内单色吸收率基本上与波长无关，则灰体假设成立。在工程常见的温度范围（≤2000K）内，许多工程材料都具有这一特点。 * * （3）由基尔霍夫定律，物体的辐射力越大，其吸收能力也就越大，换句话说，善于辐射的物体必善于吸收，反之亦然。所以，同温度下黑体的辐射力最大。 （4）当研究物体表面对太阳能的吸收时，一般不能把物体作为灰体，即不能把物体在常温下的发射率作为对太阳能的吸收比。 * 但是，这一结论是在“物体与黑体投入辐射热平衡”条件下成立的。进行工程辐射换热计算时，投入辐射既非黑体辐射，更不一定会处于热平衡。 那么什么前提下这两个条件可以去掉呢？让我们来研究漫射的灰体的情形。 * * 因此，对遵守兰贝特定律的辐射，辐射力在数值上等于辐射强度的?倍。 * * 例题：如图所示的真空辐射炉，球心处有一黑体加热元件，试比较a、b、c三处定向辐射强度的大小、辐射能量的大小。假设a、b、c处对球心所张立体角相同。 * * ⑤波段辐射与辐射函数 在工程上和其它许多实际问题中往往需要计算一定波长范围内黑体辐射的能量，也就是波段辐射力。 黑体在波长至区段所发射出的辐射能为： Ebλ 0 λ2 λ1 λ 一定波长范围黑体的辐射力 亦可写为: * * 写出无量纲的形式，且称之为波段辐射 Ebλ 0 λ2 λ1 λ 一定波长范围黑体的辐射力 亦可写为: * * 式中， 是同温度下黑体辐射力； 则表示波长从0到λ的波段辐射函数。 f ?T 称为黑体辐射函数，见表6-1。 * * 3 黑体的吸收特性 吸收比是表示物体吸收入射辐射的能力。 吸收比可划分为以下四种： 对来自一切方向和所与波长的入射辐射的吸收比，称之为总吸收比 简称吸收比 ; 对来自一切方向的某一波长的入射辐射的吸收比，称之为单色吸收比 * * 黑体是理想的吸收体，它对一切波长和所有方向入射辐射的吸收比均等于1。于是对黑体有： 对来自某一方向的所有波长的入射辐射的吸收比，称之为方向吸收比; 对来自某一方向某一波长的入射辐射的吸收比，称之为单色方向吸收比。 * * §5-3实际物体的辐射和吸收 1 实际物体的辐射——黑度（发射率） 实际物体表面的热辐射性能均弱于黑体表面。 实际物体的光谱辐射力往往随波长作不规则的变化。 黑体 ? E? 实际物体 图为同温度下黑体辐射和实际物体辐射的单色辐射力随温度变化的曲线。 * * 实际表面的辐射力与同温度下黑体辐射力的比值，称为黑度（发射率）。 黑度仅仅与物体表面自身的辐射特性相关，也就是与物体的种类和它的表面特征相关以及和物体的温度相关，而与物体外部的情况无关。 ① 总发射率 * * 实际表面的单色辐射力与同温度下黑体表面的单色辐射力之比 ② 单色发射率 发射率与单色发射率之间的关系为 * * 物体表面在某方向上的方向辐射力与同温度黑体辐射在该方向上的方向辐射力之比，亦可表示为物体在某方向上的辐射强度与同温度黑体辐射在该方向上的辐射强度之比 ③方向发射率 如果实际物体的方向辐射力遵守兰贝特定律，该物体表面称为漫射表面。黑体表面就是漫射表面。 * * 对等强辐射的理解：相当于“灯泡亮度”，即从不同方向看过去，其亮度都是一样的。 * * 如果实际物体是漫射表面，则其方向辐射率应等于常数，而与角度无关。 事实上实际物体不是漫发射体，即辐射强度在空间各个方向的分布不遵循兰贝特定律，是方向角的函数。 对于非金属表面在很大范围内方向黑度为一个常数值，表现出等强辐射的特征，而在60°之后方向黑度急剧减小 * * 对于金属表面在一个小的φ角范围内亦有等强辐射的特征，方向黑度可视为不变，然后随着φ角增大而急剧增大，直到φ接近90°才有减小。 * * * * 工程上主要应用的是沿半球空间的平均发射率，即总发