传热学-太阳能辐射利用.docVIP

课程:传热学 题目：太阳能利用初探 学院：机电0811班 组员：徐刚罗吉 太阳能热利用初探 摘要：太阳能是一种可再生资源，开发利用太阳能，对于节约常规能源、保护自然环境、减缓气候变化等，都有极其重大的意义。我们利用在《传热学》课上所学的知识，查阅相关资料，对太阳能热利用进行初步探讨、学习。 关键字：太阳辐射、热辐射、太阳热利用、太阳能热发电、集热器 正文： 一 热辐射 （1）热辐射定义 热辐射（thermal radiation）是指物体由于具有温度而辐射电磁波的现象热量传递的3种方式之一。辐射：物体以电磁波的方式向外传递热量的过程辐射能物体以电磁波的方式向外传递的能量通常以辐射表示辐射能。 热辐射：因热引起的电磁波辐射称为热辐射。它是由物体内部微观粒子在运动状态改变时所激发出来的。 辐射换热：是指物体之间相互辐射和吸收过程的总效果。当物体的温度处于平衡时，则它们之间辐射和吸收的能量相等，处于热的动平衡状态。 一切温度高于绝对零度的物体都能产生热辐射，温度愈高，辐射出的总能量就愈大，短波成分也愈多。热辐射的光谱是连续谱，波长覆盖范围理论上可从0直至∞，一般的热辐射主要靠波长较长的可见光和红外线传播。由于电磁波的传播无需任何介质，所以热辐射是在真空中唯一的传热方式。温度较低时，主要以不可见的红外光进行辐射，当温度为300时热辐射中最强的波长在红外区。当物体的温度在500以上至800时，热辐射中最强的波长成分在可见光区。 　 热辐射定律重要规律:基尔霍夫辐射定律普朗克辐射分布定律斯蒂藩-玻耳兹曼定律维恩位移定律 　　物体在向外辐射的同时，还吸收从其他物体辐射来的能量。物体辐射或吸收的能量与它的温度、表面积、黑度等因素有关。但是，在热平衡状态下，辐射体的光谱辐射出射度r（λ，T）与其光谱吸收比a（λ，T）的比值则只是辐射波长和温度的函数，而与辐射体本身性质无关式中吸收比a 的定义是：被物体吸收的单位波长间隔内的辐射通量与入射到该物体的辐射通量之比。规律称为基尔霍夫辐射定律，该定律表明，热辐射辐出度大的物体其吸收比也大，反之亦然。 　 　　任何物体，只要温度高于 0 K ，就会不停地向周围空间发出热辐射； 可以在真空中传播； 伴随能量形式的转变； 具有强烈的方向性； 辐射能与温度和波长均有关； 发射辐射取决于温度的 4 次方。　太阳辐射（solar radiation）是指太阳向宇宙空间发射的电磁波和粒子流。自然界中的物体温度越高，其辐射波的波长就越短，由于太阳表面的温度很高，大约是6000K，所以太阳辐射以短波为主，而且能量巨大。太阳每秒种损失400万吨的质量，变为能量射向宇宙空间，虽然地球可以捕捉到的能量只有其22亿分之一，但每分钟仍可以得到相当于4亿吨烟煤的热量，所以说太阳辐射对地球和人类的影响是非常大的，太阳在50亿年的漫长时间中只消耗了0.03%的质量。到达地球大气上界的太阳辐射能量称为天文太阳辐射量。地球大气上界的太阳辐射光谱的99％以上在波长 0.15～4.0微米之间。大约50％的太阳辐射能量在可见光谱区（波长0.4～0.76微米），7％在紫外光谱区（波长0.4微米）,43％在红外光谱区（波长0.76微米），最大能量在波长 0.475微米处。由于太阳辐射波长较地面和大气辐射波长（约3～120微米）小得多，所以通常又称太阳辐射为短波辐射，称地面和大气辐射为长波辐射。太阳活动和日地距离的变化等会引起地球大气上界太阳辐射能量的变化。 太阳辐射通过大气，一部分到达地面，称为直接太阳辐射；另一部分为大气的分子、大气中的微尘、水汽等吸收、散射和反射。被散射的太阳辐射一部分返回宇宙空间，另一部分到达地面，到达地面的这部分称为散射太阳辐射。到达地面的散射太阳辐射和直接太阳辐射之和称为总辐射。太阳辐射通过大气后，其强度和光谱能量分布都发生变化。到达地面的太阳辐射能量比大气上界小得多，在太阳光谱上能量分布在紫外光谱区几乎绝迹，在可见光谱区减少至40％，而在红外光谱区增至60％。全球平均而言，太阳总辐射只占到达大气上界太阳辐射的45％。由于地球以椭圆形轨道绕太阳运行，因此太阳与地球之间的距离不是一个常数，而且一年里每天的日地距离也不一样。某一点的辐射强度与距辐射源的距离的平方成反比，这意味着地球大气上方的太阳辐射强度会随日地间距离不同而异。然而，由于日地间距离太大（平均距离为），所以地球大气层外的太阳辐射强度几乎是一个常数。因此人们就采用所谓 “太阳常数”来描述地球大气层上方的太阳辐射强度。它是指平均日地距离时，在地球大气层上界垂直于太阳辐射的单位表面积上所接受的太阳辐射能。太阳常数的常用单位为。因观测方法和技术不同，得到的太阳常数值不同。世界气象组织 (WMO)1981年