第6篇-辐射换热-2007.pptVIP

第六章 热辐射基础 §6-1 热辐射的基本概念 §6-2 黑体辐射和吸收的基本性质 §6-3 实际物体的辐射和吸收 电 磁 辐 射 波 谱 例6-1：试分别计算温度为2000K和5800K的黑体的最大光谱辐射力所对应的波长?m 。 例6-2：一黑体置于室温为27℃的厂房中，试求在热平衡条件下黑体表面的辐射力。如果将黑体加热到327℃，它的辐射力又是多少？ 本节中，还有几点需要注意 将不确定因素归于修正系数，这是由于热辐射非常复杂，很难理论确定，实际上是一种权宜之计； 服从Lambert定律的表面成为漫射表面。虽然实际物体的定向发射率并不完全符合Lambert定律，但仍然近似地认为大多数工程材料服从Lambert定律，这有许多原因； 物体表面的发射率取决于物质种类、表面温度和表面状况。这说明发射率只与发射辐射的物体本身有关，而不涉及外界条件 例6-3：试计算温度处于1400℃的碳化硅涂料表面的辐射力。 解：由表查得对1010~1400℃，碳化硅?n =0.82~0.92，故可取对应1400℃的?n为0.92，即? =?n =0.92，辐射力为 板2发出的辐射能E全部被板1吸收，而板1发出的辐射能Eb只被板2吸收?Eb ，对板2能量收支为： 当体系处于热平衡时T1=T2，q=0,所以有 或 T1 T2 E Eb ?Eb (1-?)Eb 基尔霍夫定律的两种数学表达式。 在热平衡条件下，任何物体的辐射力和它对来自黑体辐射的吸收比的比值恒等于同温度下黑体的辐射力。 热平衡时任意物体对黑体投入辐射的吸收比等于同温度下该物体的发射率。 或 解：在热平衡条件下，黑体温度与室温相同，辐射力为： 327℃黑体的辐射力为 ④兰贝特定律 （Lambert） 黑体辐射的辐射强度与方向无关，即 因为 故对于服从兰贝特定律的辐射有： 即单位辐射面积发出的辐射能，落到空间不同方向单位立体角的能量的数值不相等，其值正比于该方向与辐射面法线方向夹角的余弦。所以兰贝特定律又称余弦定律。 它说明黑体的定向辐射力随天顶角?呈余弦规律变化。 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。 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。 Lambert定律图示 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 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。 §6-3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。 Direction (angle from the surface normal) 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。 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