传热学第四版第8章.pptVIP

8-5太阳与环境辐射 太阳能辐射的特点 辐射波长范围与光谱能量分布99%的能量集中在λ=0.2～3μm的波长段，最大能量位于0.48μm的波长处光谱能量分布如图 随一年的日期、一天中的时间、地球纬度及大气污染等因素不同，地面接受到的太阳辐射在0～1100W/m2范围内变化 8-5太阳与环境辐射 太阳常数日地间平均距离处，大气层外缘与太阳射线相垂直的单位面积所接受到的太阳辐射能称为太阳常数，记为Sc，其值为：1367±1.6W/m2。它与地理位置或一天中的时间无关 8-5太阳与环境辐射 大气层外缘水平面上每单位面积接受到的太阳辐射能 8-5太阳与环境辐射 照射到地球上的太阳辐射能的近似值 式中d为地球直径 1kg标准煤的发热值是29.3×106J，因此照射到地球的太阳能相当于每秒燃烧600万吨标准煤的热量 地球上多种能量的来源，来自于太阳辐射能 充分有效地利用太阳能对于实施能源的可持续发展方针，保持地球的良好生态环境具有重要意义 8-5太阳与环境辐射 太阳能穿过大气层时的削弱 大气的反射 云层和大气中漂浮的较大颗粒把太阳辐射反射回宇宙空间 大气的散射和吸收 大气中的O3、N2、O2、H2O及各种CFC气体对太阳辐射有吸收作用。其中O3对紫外线有强烈的吸收作用，减少紫外线对人类的伤害 工业城市的污染大气可使到达地面的太阳辐射能降低10%～20% 8-5太阳与环境辐射 太阳能穿过大气层时的削弱 散射 对太阳投入辐射的重新辐射 分子散射(Rayleigh散射) 基本向整个空间均匀地进行,因此大约一半射向宇宙空间,另一半到达地面 8-5太阳与环境辐射 太阳能穿过大气层时的削弱 米散射(Mie散射) 由于大气层中的尘埃与悬浮微粒所造成,它使得辐射能基本沿着投入方向继续向前传递,因此这部分散射能量可以认为全部到达地球表面上 8-5太阳与环境辐射 投射到地面的太阳辐射种类 直接辐射由太阳发出的辐射没有受到吸收与散射的那部分能量直接到达地球表面的辐射能 天空散射宇宙中的物体反射的辐射能，投射入大气层的辐射，有时可达地面接受天空辐射能量的10% 我国太阳能资源丰富，全国有三分之二地区全年日照在2200小时以上，全年平均可以得到的太阳辐照能量约为5.86×106kJ/m2 8-5太阳与环境辐射 环境辐射 地球以及大气层中某些具有辐射能力成分的辐射 地面辐射地球表面的辐射力可用下式计算：发射率ε之值常接近于1，例如水表面的ε约为0.96。由于一年四季地球表层温度变化大约在250K到320K之间，因而其辐射能集中在4～40μm的范围内，如果按平均地面温度为290K计算，按维恩位移定律,地球的辐射能量中以波长为10μm的红外线为最多 8-5太阳与环境辐射 环境辐射 地球的平均表面温度 8-5太阳与环境辐射 环境辐射 大气层辐射虽然大气层辐射并不具备黑体辐射性质,但经验表明,可以用一个所谓的有效天空温度Tsky来计算大气层对地球表面的投入辐射，而且把天空当作黑体，即有效天空温度之Tsky值取决于大气的条件，大致在230K（冬天晴朗的夜晚）到285K（夏天、多云条件）。在夜里，云层的辐射是地球表面得到的唯一投入辐射。在寒冷而晴朗的夜晚，有效天空温度较低，此时即使水面上的空气温度高于273K，水面仍可能冻结 8-5太阳与环境辐射 部分材料对太阳辐射的吸收比及自身发射率 表面 αs ε αs/ε 涂在金属底板上的白漆 0.21 0.96 0.22 涂在金属底板上的黑漆 0.97 0.97 1 无光泽的不锈钢 0.50 0.21 2.4 红砖 0.63 0.93 0.68 人的皮肤（某种白种人） 0.62 0.97 0.64 雪 0.28 0.97 0.29 玉米叶子 0.76 0.97 0.78 复习题、习题 复习题：7、8、9 习题： 实际物体的辐射特性：8-15、8-17 * * 8-2黑体热辐射的基本定律 兰贝特定律 定向辐射强度 定义单位时间、单位可见辐射面积辐射出去的落在单位立体角内的辐射能强度 单位可见辐射面积从任意方向p看到的辐射面积是正交于 的面积 8-2黑体热辐射的基本定律 兰贝特定律 定向辐射强度 定向辐射强度计算式 兰贝特定律（Lambert）黑体的定向辐射强度与方向无关 8-2黑体热辐射的基本定律 兰贝特定律 符合兰贝特定律的辐射（余弦定律） 符合兰贝特定律的辐射力 8-2黑体热辐射的基本定律 总结 黑体辐射力由斯忒藩-玻耳兹曼定律确定，正比于热力学温度的四次方：Eb=σT4 黑体辐射能量按波长的分布服从普朗克定律 空间方向的分布服从兰贝特定律 维恩位移定律描述了黑体单色辐射力有个峰值，与该峰值有对应的波长λm随温度升高λm向波长短的方向移动 复习题、习题 复习题：1、2、