传热学-第八章幻灯片.pptVIP

第七章 热辐射基本定律及物体的辐射特性 §8-1 热辐射现象的基本概念 2. 电磁波谱 温室效应 在研究物体表面对太阳的吸收时，不能把物体看作灰体，即?≠?。 油漆：?=0.9；?白色=0.1~0.2， ?黑色=0.9 玻璃： 大气中的CO2、CFC等： 太阳光辐射 ? ?1 红外辐射 ? ?1 §8-4 实际物体对辐射能的吸收与辐射的关系 上一节简单介绍了实际物体的发射情况，那么当外界的辐射投入到物体表面上时，该物体对投入辐射吸收的情况又是如何呢？本节将对其作出解答。 Semi-transparent medium Absorptivity deals with what happens to _______________________________, while emissivity deals with _____________________ 1. 投入辐射：单位时间内从外界投射到物体单位表面积上的总辐射能 2. 选择性吸收：投入辐射本身具有光谱特性，因此，实际物体对投入辐射的吸收能力也根据其波长的不同而变化，这叫选择性吸收 3. 吸收比：物体对投入辐射所吸收的百分数，通常用?表示，即 首先介绍几个概念： 4. 光谱吸收比：物体对某一特定波长的辐射能所吸收的百分数，也叫单色吸收比。光谱吸收比随波长的变化体现了实际物体的选择性吸收的特性。 图8-17和8-18分别给出了室温下几种材料的光谱吸收比同波长的关系。 图8-17 金属导电体的光谱吸收比同波长的关系 ?(?) 图8-18 非导电体材料的光谱吸收比同波长的关系 灰体：光谱吸收比与波长无关的物体称为灰体。 此时，不管投入辐射的分布如何，吸收比?都是同一个常数。 ?(?) 根据前面的定义可知，物体的吸收比除与自身表面性质的温度有关外，还与投入辐射按波长的能量分布有关。设下标1、2分别代表所研究的物体和产生投入辐射的物体，则物体1的吸收比为 图8-19给出了一些材料对黑体辐射的吸收比与温度的关系。 如果投入辐射来自黑体，由于?b(?，T2)=1，则上式可变为 图8-19 物体表面对黑体辐射的吸收比与温度的关系 物体的选择性吸收特性，即对有些波长的投入辐射吸收多，而对另一些波长的辐射吸收少，在实际生产中利用的例子很多，但事情往往都具有双面性，人们在利用选择性吸收的同时，也为其伤透了脑筋，这是因为吸收比与投入辐射波长有关的特性给工程中辐射换热的计算带来巨大麻烦，对此，一般有两种处理方法：(1)灰体法，即将光谱吸收比 ?(?) 等效为常数，即?=?(?)=const。并将?(?)与波长无关的物体称为灰体，与黑体类似，它也是一种理想物体，但对于大部分工程问题来讲，灰体假设带来的误差是可以容忍的； (2)谱带模型法，即将所关心的连续分布的谱带区域划分为若干小区域，每个小区域被称为一个谱带，在每个谱带内应用灰体假设。 在学习了发射辐射与吸收辐射的特性之后，让我们来看一下二者之间具有什么样的联系，1859年，Kirchhoff 用热力学方法回答了这个问题，从而提出了Kirchhoff 定律。 最简单的推导是用两块无限大平板间的热力学平衡方法。如图8-20所示，板1是黑体，板2是任意物体，参数分别为Eb, T1 以及E, ?, T2，则当系统处于热平衡时，有 图8-20 平行平板间的辐射换热 此即Kirchhoff 定律的表达式之一。该式说明，在热力学平衡状态下，物体的吸收率等与它的发射率。但该式具有如下限制： ★整个系统处于热平衡状态； ★如物体的吸收率和发射率与温度有关，则二者只有处于同 一温度下的值才能相等； ★投射辐射源必须是同温度下的黑体。 为了将Kirchhoff 定律推向实际的工程应用，人们考察、推导了多种适用条件，形成了该定律不同层次上的表达式，见表8-2。 表8-2 Kirchhoff 定律的不同表达式 注： 漫射表面：指发射或反射的定向辐射强度与空间方向无关，即符合Lambert定律的物体表面； 灰 体：指光谱吸收比与波长无关的物体，其发射和吸收辐射与黑体在形式上完全一样，只是减小了一个相同的比例。 与黑体处于热平衡或对漫灰表面 ?(T)＝?(T) 全波段，半球 漫射表面 ?(?, T)＝?(?, T) 光谱，半球 无条件，?为天顶角 ?(?, ?, ?, T)＝?(?, ?, ?, T) 光谱，定向 成立条件 数学表达式 层 次 定义：由热运动产生的以