傳熱學(xué)問答題

1、熱輻射基本定律部分日期:2006-3-3 22:58:42 來源：來自網(wǎng)絡(luò)查看:大中小作者：不詳 熱度：2504、基本概念主要包括熱輻射基本概念及名詞解釋、黑體輻射基本定律、實際物體輻射特性及其應(yīng)用1、北方深秋季節(jié)的清晨，樹葉葉面上常常結(jié)霜。試問樹葉上、下去面的哪一面結(jié)箱？為什么？答：霜會結(jié)在樹葉的上表面。因為清晨，上表面朝向太空，下表面朝向地面。而太空表回的溫度低于 攝氏零度，而地球表面溫度一般在零度以上。由于相對樹葉下表面來說，其上表面需要向太空輻射更 多的能量，所以樹葉下表面溫度較高，而上表面溫度較低且可能低于零度，因而容易結(jié)霜。處中何處定向輻射強度最2、如圖所示的真空輻射爐，球心處有一

2、黑體加熱元件，試指出，3 大?何處輻射熱流最大？假設(shè)，處對球心所張立體角相同。答：由黑體輻射的蘭貝特定律知， 定向輻射強度與方向無關(guān)。 故11 =12=1 3。而三處對球心立體角相當, 但與法線方向夾角不同，e2> e 3。所以處輻射熱流最大，處最小。3、有一臺放置于室外的冷庫，從減小冷庫冷量損失的角度岀發(fā)，冷庫外殼顏色應(yīng)涂成深色還是淺色 答：要減少冷庫冷損，須盡可能少地吸收外界熱量，而盡可能多地向外釋放熱量。因此冷庫敗取較淺的顏色，從而使吸收的可見光能量較少，而向外發(fā)射的紅外線較多。4、何謂“漫一灰表面” ？ 有何實際意義 ？答：“漫一灰表面”是研究實際物體表面時建立的理想體模型.漫輻

3、射、漫反射指物體表面在輻射、反射時各方向相同 . 灰表面是指在同一溫度下表面的輻射光譜與黑體輻射光譜相似 , 吸收率也取定 值.“漫一灰表面”的實際意義在于將物體的輻射、反射、吸收等性質(zhì)理想化，可應(yīng)用熱輻射的基本定律了。大部分工程材料可作為漫輻射表面 ,并在紅外線波長范圍內(nèi)近似看作灰體 .從而可將基爾霍夫定 律應(yīng)用于輻射換熱計算中。5、你以為下述說法： “常溫下呈紅色的物體表示此物體在常溫下紅色光的單色發(fā)射率較其它色光（黃、綠、蘭 ）的單色發(fā)射率為高。”對嗎 ?為什么 ?（注：指無加熱源條件下 ）答：這一說法不對。因為常溫下我們所見到的物體的顏色，是由于物體對可見光的反射造成的.紅色物體正是由

4、于它對可見光中的黃、綠、藍等色光的吸收率較大 ， 對紅光的吸收率較小 ， 反射率較大形成 的.根據(jù)基而霍夫定律 £、=a,故常溫下呈紅色的物體，其常溫下的紅色光單色發(fā)射率較其他色光的 單色光發(fā)射率要小。6、某樓房室內(nèi)是用白灰粉刷的 ， 但即使在晴朗的白天 ， 遠眺該樓房的窗口時 ， 總覺得里面黑洞洞的 這是為什么 ?答：窗口相對于室內(nèi)面積來說較小 ， 當射線 （可見光射線等 ） 從窗口進入室內(nèi)時在室內(nèi)經(jīng)過多次反復(fù)吸 收、反射 ， 只有極少的可見光射線從窗口反射出來 ， 由于觀察點距離窗口很遠 ， 故從窗口反射出來的 可見光到達觀察點的份額很小 ， 因而就很難反射到遠眺人的眼里 ， 所

5、以我們就覺得窗口里面黑洞洞 的.7、實際物體表面在某一溫度 T 下的單色輻射力隨波長的變化曲線與它的單色吸收率的變化曲線有何 聯(lián)系 ?如巳知其單色輻射力變化曲線如圖所示,試定性地畫出它的單色吸收率變化曲線。答：從圖中可以分析出，該物體表面為非灰體,=生根據(jù)基爾霍夫定律，a入=£入 L I即為同一波長線與線之比該物體單色吸收率變化曲線如圖所示。二、定量計算包括建立輻射換熱的能量守恒關(guān)系式，蘭貝特定律的應(yīng)用，利用物體的光輻(即單色)射特性計算輻 射換熱，等等。1、白天，投射到一大的水平屋頂上的太陽照度G = 1100W/m2，室外空氣溫反ti = 27C，有風(fēng)吹過時空氣與屋頂?shù)谋砻鎮(zhèn)鳠嵯?/p>

6、數(shù)為h = 25W/(m2 K),屋頂下表面絕熱，上表面發(fā)射率占=0.2，且對太陽輻a射的吸收比 J = 0.6。求穩(wěn)定狀態(tài)下屋頂?shù)臏囟取ＴO(shè)太空溫度為絕對零度。2、解：如圖所示,穩(wěn)態(tài)時屋頂?shù)臒崞胶猓?J- J- I 八 -對流散熱量' ': ' '1 '輻射散熱量- T，-''11_太陽輻射熱量嘰=0.6x1100 =代入（1）中得-：-'二” -I'-1T - 321 5T = 4P采用試湊法，解得_- C2、已知太陽可視為溫度 Ts= 5800 K的黑體。某選擇性表面的光譜吸收比隨波長A變化的特性如圖所示。當太陽的投入

7、輻射 GS= 800 W/m2時，試計算該表面對太陽輻射的總吸收比及單位面積上所吸收的 太陽能量。Jt/pm解：先計算總吸收比。_分&顯兄_ fl兀必十嚴色獗a _ E五=o.8fl=0.8x0.8608 + 0.1x(1- 1).8608)= o 7026單位面積上所吸收的太陽能：'：/1：'"'''':T '3、有一漫射表面溫度 T=1500K已知其單色發(fā)射率隨波長的變化如圖所示，試計算表面的全波長總發(fā)射率和輻射力。0解:"MA 1%制，J»4為為2勵以，即:° 1 K+ 04 x （尺

8、3 -耳一V ） + 02x （JJjM57 = 5x1500= 750 啦匕 3T = 3x1500= 4500/jAJ? = 1500/A查教材 P208表 8-1 得，4 = °-°13&垃也=O= 0 8344E 二企二 0.2756x5 6BxW0x 1500* =7511x10*2J m三、本章提要1 熱輻射的基本概念熱輻射是以電磁波（或光量子）形式傳遞熱量的一種方式，凡 0K以上的任何物體都具有一定發(fā)射輻射 和吸收輻射的能力，所謂輻射熱交換是發(fā)射與吸收兩種作用的凈效果。熱輻射是一種基本傳熱方式中唯一一種非接觸的方式。熱射線的波長范圍是0.1 100 n

9、 m,其中0.76 n m以上的紅外輻射，4口 m以上的遠紅外是很多工業(yè)應(yīng)用中最主要的輻射波段。黑體是對任意波長和任何方向的輻射能均可以完全吸收的理想體。人工（等溫）黑體空腔內(nèi)任意位置受到的輻照都相當于腔壁溫度下的黑體輻射，只要把空腔小孔的直徑作得足夠小，就可以獲得非常接近 理想黑體的人造表面。2熱輻射參數(shù)與熱韌性輻射力、光譜輻射力、定向輻射力、定向光譜輻射力 （ 法向輻射力 ）、（定向） 輻射強度、定向光譜輻射 強度。發(fā)射率、光譜發(fā)射率、定向光譜發(fā)射率 （ 法向發(fā)射率 ）吸收率、光譜吸收率反射率和透過率。投射輻射與有效輻射。不應(yīng)該，也不需要機械地背誦所有這些概念和定義。它們是有規(guī)律可循的。所

10、有的量均圍繞著兩個基 本參數(shù)：波長和空間方位。對特定波長 （ 過去習(xí)慣稱為“單色”，現(xiàn)在按國標一律稱“光譜” ），都以 該波長附近寬度等于以范圍內(nèi)的輻射能為基準。對所有冠以“定向”兩個字的物理量，均以空間指定 方向的單位立體角為衡量的基準。既非光譜，又非定向，則必定是對全波長和半球向積分后得到的總 量。至于“法向 , ”，無非是定向的一種特定情況。需要注意衡量輻射強度的面積基準，明確區(qū)分輻射力和輻射強度的差別，以及表面的發(fā)射率、吸收率 隨著哪些參數(shù)改變而改變。3熱輻射的基本定律普朗克定律描述黑體的光譜輻射力與波長、溫度的關(guān)系維思位移定律給出任意溫度黑體最大光譜輻射力所對應(yīng)波長的定量描述。斯成藩

11、玻耳茲曼定律確定了黑體的半球向總輻射力與其熱力學(xué)溫度之間的單值函數(shù)關(guān)系。蘭貝特余弦定律給出所有漫射表面 （ 應(yīng)該理解為漫發(fā)射和漫反射 ）在輻射方向特性上的一個共同規(guī)律， 即（ 定向）輻射強度不隨空間方位改變。基爾霍夫定律指出了材料兩項最重要的輻射物性吸收率和發(fā)射率之間的定量關(guān)系。參見下表，表 中總結(jié)了該定律的全波長、光譜以及光譜定向三種表達形式，應(yīng)特別注意分清它們各自必須滿足的條 件。在把實際表面均當作漫射表面對待的前提下，光譜吸收率與光譜發(fā)射率相等。但對于溫度水平相 差極大的輻射源和受輻射體，在應(yīng)用基爾霍夫定律時必須要謹慎！基爾霍夫定律的三種不同表達形式叫（“只門=a2 （"職I）i七址抵豐障曲«（r）=c（r）灰體，或灰表面是指光譜發(fā)射率和光譜吸收率與波長無關(guān)的理想化表面。漫灰表朗則指既在輻射的方向特性上遵守蘭貝特定律，又在波長特性上滿足式-