2章 辐射换热.ppt

第12章 辐射换热 12.1 热辐射的基本概念 12.2 黑体辐射的基本定律 12.3 实际物体的辐射特性与基尔霍夫定律 12.4 辐射换热的计算方法 * 主要从宏观的角度介绍热辐射的基本概念、基本定律以及辐射换热的计算方法。 12.1.1 吸收、反射与透射 投入辐射: 单位时间内投射到单位面积物体表面上的全波长范围内的辐射能。G w/m2 反射辐射: G? w/m2 吸收辐射: G? w/m2 透射辐射: G? w/m2 吸收比 反射比 透射比 根据能量守恒， 如果投入辐射是某一波长?的辐射能G? ，则 光谱吸收比 光谱反射比 光谱透射比 注意两点： （1） 属于物体的辐射特性，取决于物体的种类、温度和表面状况，是波长的函数。 不仅取决于物体的性质，还与投射辐射能的波长分布有关。 （2）固体和液体对辐射能的吸收和反射基本上属于表面效应。 镜反射与漫反射： 产生何种反射决于物体表面的粗糙尺度和投射辐射能的波长 。 (a)镜反射 (b)漫反射 绝大数工程材料对热辐射的发射都近似漫发射。 12.1.2 灰体与黑体 灰体： 光谱辐射特性不随波长而变化的假想物体，即 分别等于常数。 工程常见的温度范围（≤2000K)内，，一般工程材料的光谱吸收比基本与波长无关，所以 工业上的辐射传热计算一般都按灰体处理。 注意： 黑体、白体与黑色、 白色物体的区别。 吸收比? = 1的物体，简称黑体。黑体和灰体一样，是一种理想物体。 人工黑体模型 镜体（白体）：? = 1 绝对透明体 ：? = 1 绝对黑体： 白天从远处看房屋的窗户有黑洞洞的感觉 雪对可见光是良好的反射体，对肉眼是白色的，但对红外线几乎能全部吸收 12.1.3 辐射强度 辐射强度说明物体表面在空间某个方向上发射辐射能的多少。 立体角： 半径为r的球面上面积A与球心所对应的空间角度。 单位为Sr（球面度），半球空间立体角为 2? sr 立体角在球面上所围的面积与半径的平方成正比。 （?，?）方向上的微元面积dA2对球心所占的微元立体角 dφ rsinθ 辐射强度： 单位时间内从单位投影面积（可见面积）所发出的包含在单位立体角内的辐射能。 称为dA1在（?，?）方向的辐射强度，或称为定向辐射强度，单位是W/(m2?Sr)。 辐射强度的大小不仅取决于物体种类、表面性质、温度，还与方向有关。对于各向同性的物体表面，辐射强度与经度角? 无关, 对某一波长辐射能而言的辐射强度。 光谱辐射强度： 辐射强度与光谱辐射强度之间的关系 光谱辐射强度的单位为W/(m3?Sr)或W/(m2??m?Sr)。 12.1.4 辐射力 在单位时间内，每单位面积表面向其上半球空间发射的全部波长的辐射能。用E表示，单位为W/m2。 光谱辐射力： 某一波长辐射能的辐射力用E?表示，单位为W/m3。 辐射力与光谱辐射力之间的关系 定向辐射力： 在单位时间内，单位面积表面向某方向发射的单位立体角内的辐射能。用E?表示，单位为W/(m2?sr)。 定向辐射力与辐射力之间的关系： 定向辐射力与辐射强度之间的关系： 辐射力与辐射强度之间的关系： 1.普朗克（M.Planck）定律 2.斯忒藩—玻耳兹曼(Stefan-Boltzmann)定律 3.兰贝特（Lambert）定律 12.2.1 普朗克定律 C1= 3.743×10-16 W?m2 ; C2 = 1.439×10-2 m?K。 特点： （1）温度愈高，同一波长下的光谱辐射力愈大； （2）在一定的温度下，黑体的光谱辐射力在某一波长下具有最大值； （3）随着温度的升高，Eb?取得最大值的波长?max愈来愈小，即在?坐标中的位置向短波方向移动。 维恩（Wien）位移定律: 太阳表面温度约为5800K，由上式可求得?max=0.5 ?m，位于可见光范围内，可见光占太阳辐射能的份额约为44.6% 。 对于2000K温度下黑体, 可求得?max=1.45?m，位于红外线范围内。 12.2.2 斯忒藩—玻耳兹曼定律 斯忒藩—玻耳兹曼定律表达式： 式中? = 5.67×10-8 W/(m2?K