傳熱學(xué)第八章1ppt課件

1、傳傳 熱熱 學(xué)學(xué)建筑環(huán)境與熱能工程系建筑環(huán)境與熱能工程系熱動(dòng)教研室熱動(dòng)教研室第七章第七章 熱輻射基本定律及輻射特性熱輻射基本定律及輻射特性7.1 7.1 熱輻射現(xiàn)象的基本概念熱輻射現(xiàn)象的基本概念7.1.1 7.1.1 熱輻射的定義和特點(diǎn)熱輻射的定義和特點(diǎn)、基本概念、基本概念輻射：物體通過(guò)電磁波來(lái)傳遞能量的方式。輻射：物體通過(guò)電磁波來(lái)傳遞能量的方式。熱輻射熱輻射: :由于熱的原因而產(chǎn)生的電磁波輻射稱為熱輻射。由于熱的原因而產(chǎn)生的電磁波輻射稱為熱輻射。輻射傳熱輻射傳熱: :物體之間相互輻射和吸收的總效果。物體之間相互輻射和吸收的總效果。、特點(diǎn)、特點(diǎn) 不需要物體直接接觸。熱輻射不需中間介質(zhì)，可以在真

2、不需要物體直接接觸。熱輻射不需中間介質(zhì)，可以在真空中傳遞，而且在真空中輻射能的傳遞最有效?？罩袀鬟f，而且在真空中輻射能的傳遞最有效。 在輻射換熱過(guò)程中，不僅有能量的轉(zhuǎn)換，而且伴隨有能在輻射換熱過(guò)程中，不僅有能量的轉(zhuǎn)換，而且伴隨有能量形式的轉(zhuǎn)化。量形式的轉(zhuǎn)化。輻射：輻射體內(nèi)熱能輻射：輻射體內(nèi)熱能輻射能；輻射能；吸收：輻射能吸收：輻射能受射體內(nèi)熱能受射體內(nèi)熱能 只要溫度大于零就有能量輻射。不僅高溫物體向低溫只要溫度大于零就有能量輻射。不僅高溫物體向低溫物體輻射熱能，而且低溫物體向高溫物體輻射熱能。物體輻射熱能，而且低溫物體向高溫物體輻射熱能。 物體的輻射能力與其溫度性質(zhì)有關(guān)，與絕對(duì)溫度的四物體的輻

3、射能力與其溫度性質(zhì)有關(guān)，與絕對(duì)溫度的四次方成正比。次方成正比。 7.1.2 7.1.2 從電磁波的角度描述熱輻射的特性從電磁波的角度描述熱輻射的特性電磁波的傳播速度：電磁波的傳播速度： C = f C = f 式中：式中：f f 頻率，頻率，s-1; s-1; 波長(zhǎng)，波長(zhǎng)，mm1 1、傳播速率與波長(zhǎng)、頻率間的關(guān)系、傳播速率與波長(zhǎng)、頻率間的關(guān)系2 2、電磁波的波譜、電磁波的波譜熱輻射：熱輻射：0.10.1100m 100m ，包括可見(jiàn)光線、部分紫外，包括可見(jiàn)光線、部分紫外線和紅外線線和紅外線 0.38 0.38 圖圖8-1 8-1 電電 磁磁 輻輻 射射 波波 譜譜0.70.76 6 紅外輻射的

4、應(yīng)用紅外輻射的應(yīng)用以波長(zhǎng)以波長(zhǎng)25m25m為界，分為近紅外線和遠(yuǎn)紅外線為界，分為近紅外線和遠(yuǎn)紅外線遠(yuǎn)紅外線加熱技術(shù)的應(yīng)用遠(yuǎn)紅外線加熱技術(shù)的應(yīng)用微波：微波： 1mm1mm1m 1m 1m1m的電磁波廣泛應(yīng)用于無(wú)線電技術(shù)中。的電磁波廣泛應(yīng)用于無(wú)線電技術(shù)中。 當(dāng)熱輻射投射到物件上時(shí)，遵循著可見(jiàn)光的規(guī)律，其中當(dāng)熱輻射投射到物件上時(shí)，遵循著可見(jiàn)光的規(guī)律，其中部分被物體吸收，部分被反射，其余則透過(guò)物體。部分被物體吸收，部分被反射，其余則透過(guò)物體。 11QQQQQQQQQQ3. 3. 物體表面對(duì)電磁波的作用物體表面對(duì)電磁波的作用 物體對(duì)熱輻射的吸收反射和穿透物體對(duì)熱輻射的吸收反射和穿透（1 1吸收比、反射比

5、和穿透比之間的一般關(guān)系吸收比、反射比和穿透比之間的一般關(guān)系吸收比吸收比 反射比反射比 穿透比穿透比對(duì)于大多數(shù)的固體和液體：對(duì)于大多數(shù)的固體和液體：1,01,0對(duì)于不含顆粒的氣體：對(duì)于不含顆粒的氣體：固體和液體對(duì)投入輻射的吸收和反射特性，具有在固體和液體對(duì)投入輻射的吸收和反射特性，具有在物體表面上進(jìn)行的特點(diǎn)，而不涉及物體內(nèi)部。物體表面上進(jìn)行的特點(diǎn)，而不涉及物體內(nèi)部。氣體的輻射和吸收在整個(gè)氣體容積中進(jìn)行，表面狀氣體的輻射和吸收在整個(gè)氣體容積中進(jìn)行，表面狀況無(wú)關(guān)緊要。況無(wú)關(guān)緊要。（2 2固體表面的兩種反射固體表面的兩種反射鏡面反射：入射角鏡面反射：入射角= =反射角，表面粗糙度反射角，表面粗糙度 波

6、長(zhǎng)波長(zhǎng)一般工程材料均形成漫反射。一般工程材料均形成漫反射。圖圖7-4 7-4 漫反射漫反射圖圖7-3 7-3 鏡反射鏡反射為研究輻射特性可提出以下理想輻射模型：為研究輻射特性可提出以下理想輻射模型：黑黑 體：體：=1 =0 =0=1 =0 =0；白白 體：體：=0 =1 =0=0 =1 =0；透明體透明體:=0 =0 =1:=0 =0 =1自然界和工程應(yīng)用中，完全符合理想要求的黑體、白體自然界和工程應(yīng)用中，完全符合理想要求的黑體、白體和透明體雖然并不存在，但和它們根相象的物體卻是有和透明體雖然并不存在，但和它們根相象的物體卻是有的。例如，煤炭的吸收比達(dá)到的。例如，煤炭的吸收比達(dá)到0.960.9

7、6，磨光的金子反射比，磨光的金子反射比幾乎等于幾乎等于0.980.98，而常溫下空氣對(duì)熱射線呈現(xiàn)透明的性質(zhì)。，而常溫下空氣對(duì)熱射線呈現(xiàn)透明的性質(zhì)。7.1.3 7.1.3 黑體模型及其重要性黑體模型及其重要性具有一個(gè)小孔的等溫空腔表面，若有外部投射輻射從小孔具有一個(gè)小孔的等溫空腔表面，若有外部投射輻射從小孔進(jìn)入空腔內(nèi)，必將在其內(nèi)表面經(jīng)歷無(wú)數(shù)次的吸收和反射，進(jìn)入空腔內(nèi)，必將在其內(nèi)表面經(jīng)歷無(wú)數(shù)次的吸收和反射，最后能夠從小孔重新選出去的輻射能量必定微乎其微。認(rèn)最后能夠從小孔重新選出去的輻射能量必定微乎其微。認(rèn)為幾乎全部入射能量都被空腔吸收殆盡。從這個(gè)意義上講，為幾乎全部入射能量都被空腔吸收殆盡。從這個(gè)

8、意義上講，小孔非常接近黑體的性質(zhì)。小孔非常接近黑體的性質(zhì)。黑體具有最大的吸收力黑體具有最大的吸收力(=1)(=1)，同時(shí)亦，同時(shí)亦具有最大的輻射力具有最大的輻射力(=1)(=1)。在實(shí)際物體。在實(shí)際物體中不存在絕對(duì)黑體，為此引出人工黑體，中不存在絕對(duì)黑體，為此引出人工黑體，如下圖。如下圖。熱輻射能量的表示方法熱輻射能量的表示方法7.2 7.2 黑體熱輻射的基本定律黑體熱輻射的基本定律光譜輻射力光譜輻射力EE：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)單位表面積向其上的半球空：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)單位表面積向其上的半球空間的所有方向輻射出去的包含波長(zhǎng)間的所有方向輻射出去的包含波長(zhǎng)在內(nèi)的單位波長(zhǎng)內(nèi)的在內(nèi)的單位波長(zhǎng)內(nèi)的能量稱為光譜輻射力能量

9、稱為光譜輻射力(W/m2m) (W/m2m) 。輻射力輻射力E E：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，物體的單位表面積向半球空間發(fā)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，物體的單位表面積向半球空間發(fā)射的所有波長(zhǎng)的能量總和射的所有波長(zhǎng)的能量總和 (W/m2) (W/m2) 。從總體上表征物體發(fā)射輻射能本領(lǐng)的大小。從總體上表征物體發(fā)射輻射能本領(lǐng)的大小。E E、EE關(guān)系關(guān)系: :顯然，顯然，E E 和和EE之間具有如下關(guān)之間具有如下關(guān)系：系：黑體一般采用下標(biāo)黑體一般采用下標(biāo)b b表示，如黑體的輻射力為表示，如黑體的輻射力為EbEb，黑體的，黑體的光譜輻射力為光譜輻射力為EbEb0EE d7.2.1 Stefan-Boltzmann7.2.1 St

10、efan-Boltzmann定律定律440()100bTETc式中，式中，= 5.67= 5.6710-8 w/(m210-8 w/(m2K4)K4)，Stefan-BoltzmannStefan-Boltzmann常數(shù)。常數(shù)。 c0c0 5.67w/(m25.67w/(m2K4)K4)，黑體輻射系數(shù)，黑體輻射系數(shù)描述了黑體輻射力隨表面溫度的變化規(guī)律。描述了黑體輻射力隨表面溫度的變化規(guī)律。 18791879年年StefanStefan實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)，18841884年年 BoltzmanBoltzman熱力學(xué)理論得出；熱力學(xué)理論得出；將將Planks LawPlanks Law積分即得。積分即得。

11、1)(512TcbecE式中，式中， 波長(zhǎng)，波長(zhǎng)，m m ； T T 黑體溫度，黑體溫度，K K ； c1 c1 第一輻射常數(shù)，第一輻射常數(shù)，3.74193.741910-16 W10-16 Wm2m2； c2 c2 第二輻射常數(shù)，第二輻射常數(shù)，1.43881.438810-2 W10-2 WK K； 7.2.2 7.2.2 普朗克定律普朗克定律 (1900(1900年）年）描述了黑體光譜輻射力隨波長(zhǎng)及溫度的變化規(guī)律。描述了黑體光譜輻射力隨波長(zhǎng)及溫度的變化規(guī)律。 Planck Planck 定律的圖示定律的圖示黑體光譜輻射力隨波長(zhǎng)和溫度的依變關(guān)系黑體光譜輻射力隨波長(zhǎng)和溫度的依變關(guān)系mm與與T

12、T的關(guān)系由的關(guān)系由WienWien位移定律給出：位移定律給出：KmTm3108976. 2維恩位移定律的發(fā)現(xiàn)在普朗克定律之前，但可以通過(guò)將普維恩位移定律的發(fā)現(xiàn)在普朗克定律之前，但可以通過(guò)將普朗克定律對(duì)朗克定律對(duì)求導(dǎo)并使其等于零得到。求導(dǎo)并使其等于零得到。 維恩維恩WienWien位移定律位移定律18931893熱力學(xué)理論得出）熱力學(xué)理論得出）普朗克定律與普朗克定律與Stefan-BoltzmannStefan-Boltzmann定律的關(guān)系定律的關(guān)系40)(51012TdecdEETcbb【解】應(yīng)用【解】應(yīng)用WienWien位移定律位移定律T=2000KT=2000K時(shí)時(shí) max=2.9max=

13、2.910-3/2000=1.45 10-3/2000=1.45 m mT=5800KT=5800K時(shí)時(shí) max=2.9max=2.910-3/5800=0.50 10-3/5800=0.50 m m常見(jiàn)物體最大輻射力對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)在紅外線區(qū)常見(jiàn)物體最大輻射力對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)在紅外線區(qū)太陽(yáng)輻射最大輻射力對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)在可見(jiàn)光區(qū)太陽(yáng)輻射最大輻射力對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)在可見(jiàn)光區(qū)【例】試分別計(jì)算溫度為【例】試分別計(jì)算溫度為2000K2000K和和5800K5800K的黑體的黑體的最大光譜輻射力所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。的最大光譜輻射力所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。在實(shí)際中，有時(shí)需求出某一特在實(shí)際中，有時(shí)需求出某一特定波長(zhǎng)的輻射能量。如圖中的定波長(zhǎng)的輻

14、射能量。如圖中的在在1 1和和2 2之間的線下面積。之間的線下面積。黑體在波長(zhǎng)黑體在波長(zhǎng)11和和22區(qū)段內(nèi)所區(qū)段內(nèi)所發(fā)射的輻射力：發(fā)射的輻射力：21dEEbb特定波長(zhǎng)區(qū)段內(nèi)的黑體輻射力特定波長(zhǎng)區(qū)段內(nèi)的黑體輻射力黑體輻射按波段的分布黑體輻射按波段的分布黑體輻射函數(shù)黑體輻射函數(shù)2211212121()40400(0)(0)2111()()bbbbbbbbE dFE dTE dE dE dTFFfTfT通常把波段區(qū)間的輻射能表示為同溫通常把波段區(qū)間的輻射能表示為同溫度下黑體輻射力度下黑體輻射力從從0 0到到的整個(gè)波的整個(gè)波譜的輻射能的百分?jǐn)?shù)，記作。譜的輻射能的百分?jǐn)?shù)，記作。()fT黑體輻射函數(shù)黑體輻

15、射函數(shù)12()bF121221()()(0)(0)()bbbbbbEFEFFE【例】試求溫度為【例】試求溫度為3000K3000K和和6000K6000K時(shí)的黑體輻射中可見(jiàn)光所占時(shí)的黑體輻射中可見(jiàn)光所占的份額。的份額。Fb(1-2)=Fb(0-2)-Fb(0-1)=11.5%-.14%=11.36%Fb(1-2)=Fb(0-2)-Fb(0-1)=11.5%-.14%=11.36%。同樣的做法可以得出同樣的做法可以得出5000K5000K的黑體在可見(jiàn)光范圍所占的份的黑體在可見(jiàn)光范圍所占的份額為額為Fb(1-2)=Fb(0-2)-Fb(0-1)=57.0%-11.5%=45.5%Fb(1-2)=F

16、b(0-2)-Fb(0-1)=57.0%-11.5%=45.5%?！窘狻浚嚎梢?jiàn)光的波長(zhǎng)范圍是從【解】：可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍是從0.380.38到到0.760.76，對(duì)于，對(duì)于3000K3000K的黑體其的黑體其TT值分別為值分別為11401140和和22802280。可從查表?？蓮牟楸? 81 1得得Fb(0-1)Fb(0-1)和和Fb(0-2)Fb(0-2)分別為分別為0.14%0.14%和和11.5%11.5%。于是可見(jiàn)。于是可見(jiàn)光所占份額為光所占份額為定義：立體角為一空間角，定義：立體角為一空間角，即被立體角所切割的球面面即被立體角所切割的球面面積除以球半徑的平方稱為立積除以球半徑的平方稱為

17、立體角，單位：體角，單位：sr( sr( 球面度球面度 ) ) 。2ddcAr 1 1、立體角、立體角7.3.2 7.3.2 蘭貝特蘭貝特LambertLambert定律定律ddsindd2rAcddsindcArr定義：?jiǎn)挝豢梢?jiàn)面積發(fā)射出去的落在空間任意方向的單位定義：?jiǎn)挝豢梢?jiàn)面積發(fā)射出去的落在空間任意方向的單位立體角中的能量。立體角中的能量。d ( , )d cosdIA 2 2 定向輻射強(qiáng)度定向輻射強(qiáng)度I I可見(jiàn)面積：在不同方向上所能看到的輻射面積是不一樣的?？梢?jiàn)面積：在不同方向上所能看到的輻射面積是不一樣的。微元輻射面微元輻射面 dA dA 位于球心地面上，在任意方向位于球心地面上，在

18、任意方向p p看到的輻看到的輻射面積不是射面積不是dAdA，而是，而是dAcosdAcos。黑體輻射的定向輻射強(qiáng)度與方向無(wú)關(guān)。黑體輻射的定向輻射強(qiáng)度與方向無(wú)關(guān)。3 Lambert3 Lambert定律定律( (余弦定律余弦定律) )黑體單位面積輻射出去的能量在空間的不同方向分布是黑體單位面積輻射出去的能量在空間的不同方向分布是不均勻的，其定向輻射力隨緯度角不均勻的，其定向輻射力隨緯度角呈余弦規(guī)律變化。呈余弦規(guī)律變化。 LambertLambert定律也稱為余弦定律。定律也稱為余弦定律。黑體輻射能在空間不同方向上的分布不均勻：法向最大，黑體輻射能在空間不同方向上的分布不均勻：法向最大，切向最小為

19、零）。切向最小為零）。d ( , )d ( , ); cosd cosdddIIAA 蘭貝特蘭貝特LambertLambert指出，黑體輻射的定向輻射強(qiáng)度是個(gè)指出，黑體輻射的定向輻射強(qiáng)度是個(gè)常量，與空間方向無(wú)關(guān)。常量，與空間方向無(wú)關(guān)。222200d( ,)cos ddcossinsincosbbbbbEIAIddIddI 黑體輻射力黑體輻射力E:E:遵循蘭貝特定律的輻射，數(shù)值上其輻射力等于定向輻射強(qiáng)遵循蘭貝特定律的輻射，數(shù)值上其輻射力等于定向輻射強(qiáng)度的度的倍。倍。、Stefan-BoltzmannStefan-Boltzmann定律：確定黑體輻射力定律：確定黑體輻射力、PlanckPlanck

20、定律：黑體輻射能量按波長(zhǎng)分布規(guī)律定律：黑體輻射能量按波長(zhǎng)分布規(guī)律、LambertLambert定律定律 ：黑體輻射能量按空間方向的分布規(guī)律。：黑體輻射能量按空間方向的分布規(guī)律。 維恩位移定律：確定黑體的光譜輻射力峰值所對(duì)于的維恩位移定律：確定黑體的光譜輻射力峰值所對(duì)于的最大波長(zhǎng)。最大波長(zhǎng)。黑體輻射定律小結(jié)黑體輻射定律小結(jié) 7.3.1 實(shí)際物體的輻射力實(shí)際物體的輻射力4TEEEb7.3 固體和液體的輻射特性固體和液體的輻射特性實(shí)際物體的輻射力：實(shí)際物體的輻射力：440()100bTEETc同溫度下，黑體發(fā)射熱輻射的能力最強(qiáng)，包括所有方向和同溫度下，黑體發(fā)射熱輻射的能力最強(qiáng)，包括所有方向和所有波長(zhǎng)

21、。真實(shí)物體表面的發(fā)射能力低于同溫度下的黑體；所有波長(zhǎng)。真實(shí)物體表面的發(fā)射能力低于同溫度下的黑體；因此定義發(fā)射率因此定義發(fā)射率 ( (也稱為黑度也稱為黑度) ) ：相同溫度下，實(shí)際物：相同溫度下，實(shí)際物體的輻射力與黑體輻射力之比體的輻射力與黑體輻射力之比: :上面公式只是針對(duì)方向和光譜平均的情況，但實(shí)際上，真實(shí)上面公式只是針對(duì)方向和光譜平均的情況，但實(shí)際上，真實(shí)表面的發(fā)射能力是隨方向和光譜變化的。表面的發(fā)射能力是隨方向和光譜變化的。7.3.2 實(shí)際物體的光譜輻射力實(shí)際物體的光譜輻射力實(shí)際材料表面的光譜輻射力不遵守普朗克定律，或者說(shuō)不實(shí)際材料表面的光譜輻射力不遵守普朗克定律，或者說(shuō)不同波長(zhǎng)下光譜發(fā)

22、射率隨波長(zhǎng)的變化比較大，并且不規(guī)則。同波長(zhǎng)下光譜發(fā)射率隨波長(zhǎng)的變化比較大，并且不規(guī)則。 bEE光譜發(fā)射率：實(shí)際物體的光譜輻射力與黑體的光譜輻射力之比光譜發(fā)射率：實(shí)際物體的光譜輻射力與黑體的光譜輻射力之比光譜發(fā)射率與實(shí)際物體的發(fā)射率之間的關(guān)系光譜發(fā)射率與實(shí)際物體的發(fā)射率之間的關(guān)系04( )bbE dEET 實(shí)際物體的輻射力不是與溫度嚴(yán)格地成四次方關(guān)系，實(shí)實(shí)際物體的輻射力不是與溫度嚴(yán)格地成四次方關(guān)系，實(shí)用中用此關(guān)系，修正系數(shù)用中用此關(guān)系，修正系數(shù)與與T T有關(guān)。有關(guān)。定向發(fā)射率：實(shí)際物體的定向輻射強(qiáng)度與黑體的定向輻射強(qiáng)定向發(fā)射率：實(shí)際物體的定向輻射強(qiáng)度與黑體的定向輻射強(qiáng)度之比。度之比。7.3.3

23、實(shí)際物體的定向輻射強(qiáng)度實(shí)際物體的定向輻射強(qiáng)度( )( )( )( )bbIIII 1 1、定向輻射強(qiáng)度隨、定向輻射強(qiáng)度隨角的變化規(guī)律角的變化規(guī)律漫射體：表面的定向發(fā)射率漫射體：表面的定向發(fā)射率 ( () )與方向無(wú)關(guān)，即定與方向無(wú)關(guān)，即定向輻射強(qiáng)度與方向無(wú)關(guān)，滿足上述規(guī)律的物體稱為漫射向輻射強(qiáng)度與方向無(wú)關(guān)，滿足上述規(guī)律的物體稱為漫射體，這是對(duì)大多數(shù)實(shí)際表面的一種很好的近似。體，這是對(duì)大多數(shù)實(shí)際表面的一種很好的近似。服從蘭貝特定律的輻射，定向發(fā)射率在極坐標(biāo)上是個(gè)半圓。服從蘭貝特定律的輻射，定向發(fā)射率在極坐標(biāo)上是個(gè)半圓。 幾種金屬導(dǎo)體在不同方向上的定向發(fā)射率幾種金屬導(dǎo)體在不同方向上的定向發(fā)射率(

24、)(t=150)從從00開(kāi)場(chǎng)，在一定角度范圍內(nèi)，可認(rèn)為是常數(shù)，開(kāi)場(chǎng)，在一定角度范圍內(nèi)，可認(rèn)為是常數(shù)，然后隨著角然后隨著角的增加而急劇地增大。在接近的增加而急劇地增大。在接近9090的的極小角度范圍內(nèi)，又減小在極小角度內(nèi)，圖中未表示極小角度范圍內(nèi)，又減小在極小角度內(nèi)，圖中未表示出來(lái)）出來(lái)）幾種非導(dǎo)電體材料在不同方向上的定向發(fā)射率幾種非導(dǎo)電體材料在不同方向上的定向發(fā)射率( )(t=0 )(t=093.3)93.3) 0 060,(60,( ) )基本不變；基本不變； 60 60 ，( ) )明顯減少；明顯減少； 90 90 ，( ) )降為降為0 02 2、定向發(fā)射率與半球平均發(fā)射率間的關(guān)系、定向

25、發(fā)射率與半球平均發(fā)射率間的關(guān)系 無(wú)論金屬還是非金屬，在半球空間的大部分范圍內(nèi)，定向無(wú)論金屬還是非金屬，在半球空間的大部分范圍內(nèi)，定向發(fā)射率是個(gè)常數(shù)?？捎梅ㄏ虻陌l(fā)射率來(lái)近似代替。發(fā)射率是個(gè)常數(shù)?？捎梅ㄏ虻陌l(fā)射率來(lái)近似代替。nM對(duì)于高度磨光的金屬表面：對(duì)于高度磨光的金屬表面：M=1.0M=1.01.31.3非導(dǎo)體：非導(dǎo)體： M=0.95M=0.951.01.0認(rèn)為大多數(shù)工程材料認(rèn)為大多數(shù)工程材料 M=1M=1。一般工程手冊(cè)種給出的物體發(fā)。一般工程手冊(cè)種給出的物體發(fā)射率常常是法向發(fā)射率的數(shù)值。射率常常是法向發(fā)射率的數(shù)值。3 3、影響物體發(fā)射率的因素、影響物體發(fā)射率的因素f f物質(zhì)的種類、表面狀況、表

26、面溫度）物質(zhì)的種類、表面狀況、表面溫度）只與發(fā)射物體有關(guān)，而不涉及外界條件。只與發(fā)射物體有關(guān)，而不涉及外界條件。不同種類物質(zhì)的不同種類物質(zhì)的：常溫下白大理石：常溫下白大理石0.950.95；常溫下；常溫下鍍鋅鐵皮鍍鋅鐵皮0.230.23同一物體不同溫度同一物體不同溫度：嚴(yán)重氧化的鋁表面：嚴(yán)重氧化的鋁表面5050時(shí)時(shí)0.20.2；500500時(shí)時(shí)0.3 0.3 同一材料，不同表面狀況：同一材料，不同表面狀況：a a常溫下無(wú)光澤黃銅常溫下無(wú)光澤黃銅0.220.22；磨光后的黃銅磨光后的黃銅0.05 0.05 大部分非金屬材料的發(fā)射率一般在大部分非金屬材料的發(fā)射率一般在0.850.850.950.9

27、5之間；且與表之間；且與表面狀況關(guān)系不大，在缺乏資料時(shí)，可近似取為面狀況關(guān)系不大，在缺乏資料時(shí)，可近似取為0.90.9。 對(duì)應(yīng)于黑體的輻射力對(duì)應(yīng)于黑體的輻射力Eb，光譜輻射力，光譜輻射力Eb和定向輻射強(qiáng)度和定向輻射強(qiáng)度L，分，分別引入了三個(gè)修正系數(shù)，即發(fā)射率別引入了三個(gè)修正系數(shù)，即發(fā)射率，光譜發(fā)射率，光譜發(fā)射率( )和定向發(fā)射率和定向發(fā)射率( )，其表達(dá)式和物理意義如下，其表達(dá)式和物理意義如下40)(TdEEEbb實(shí)際物體的輻射力與黑體輻射力之比實(shí)際物體的輻射力與黑體輻射力之比:實(shí)際物體的光譜輻射力與黑體的光譜輻射力之比：實(shí)際物體的光譜輻射力與黑體的光譜輻射力之比：bEE)(實(shí)際物體的定向輻射

28、強(qiáng)度與黑體的定向輻射強(qiáng)度之比：實(shí)際物體的定向輻射強(qiáng)度與黑體的定向輻射強(qiáng)度之比：( )( )( )( )bbIIII 投入輻射：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)投射到單位表面積上的總輻射能投入輻射：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)投射到單位表面積上的總輻射能 7.4.1 實(shí)際物體的吸收比實(shí)際物體的吸收比7.4 7.4 實(shí)際物體對(duì)輻射能的吸收與輻射的關(guān)系實(shí)際物體對(duì)輻射能的吸收與輻射的關(guān)系吸收比：物體對(duì)投入輻射所吸收的百分?jǐn)?shù)，通常用吸收比：物體對(duì)投入輻射所吸收的百分?jǐn)?shù)，通常用表示表示)(投入輻射投入的能量吸收的能量實(shí)際物體吸收率不僅與物體本身的情況有關(guān)，還取決于投射實(shí)際物體吸收率不僅與物體本身的情況有關(guān)，還取決于投射輻射的特性。輻射的特性。

29、物體本身的情況：物質(zhì)種類、物體溫度和表面狀況。物體本身的情況：物質(zhì)種類、物體溫度和表面狀況。( ) 吸收的某一特定波長(zhǎng)的能量投入的某一特定波長(zhǎng)的能量1 1、光譜吸收比：物體吸收某一特定波長(zhǎng)的輻射能的百分、光譜吸收比：物體吸收某一特定波長(zhǎng)的輻射能的百分?jǐn)?shù)稱為光譜吸收比，也叫單色吸收比。光譜吸收比隨波長(zhǎng)數(shù)稱為光譜吸收比，也叫單色吸收比。光譜吸收比隨波長(zhǎng)的變化體現(xiàn)了實(shí)際物體的選擇性吸收的特性。的變化體現(xiàn)了實(shí)際物體的選擇性吸收的特性。金屬導(dǎo)電體金屬導(dǎo)電體非導(dǎo)電體材料非導(dǎo)電體材料實(shí)際物體光譜吸收比同波長(zhǎng)的關(guān)系實(shí)際物體光譜吸收比同波長(zhǎng)的關(guān)系物體的光譜吸收比隨波長(zhǎng)而異的這種特性稱為物體的吸收具物體的光譜吸收

30、比隨波長(zhǎng)而異的這種特性稱為物體的吸收具有選擇性。有選擇性。2 2、實(shí)際物體的吸收具有選擇性、實(shí)際物體的吸收具有選擇性工程應(yīng)用：塑料膜大棚、暖房、焊接時(shí)工程應(yīng)用：塑料膜大棚、暖房、焊接時(shí)生活中的例子：顏色生活中的例子：顏色根據(jù)前面的定義可知，物體的吸收比除與自身表面性質(zhì)的溫根據(jù)前面的定義可知，物體的吸收比除與自身表面性質(zhì)的溫度有關(guān)外，還與投入輻射按波長(zhǎng)的能量分布有關(guān)。設(shè)下標(biāo)度有關(guān)外，還與投入輻射按波長(zhǎng)的能量分布有關(guān)。設(shè)下標(biāo)1 1、2 2分別代表所研究的物體和產(chǎn)生投入輻射的物體，則物體分別代表所研究的物體和產(chǎn)生投入輻射的物體，則物體1 1的的吸收比為吸收比為)21,(d)(),(d)(),(),(

31、2102202211的性質(zhì)表面的性質(zhì)，表面投入的總能量吸收的總能量TTfTETTETTbb3 3、實(shí)際物體吸收的選擇性對(duì)輻射傳熱計(jì)算造成的困難、實(shí)際物體吸收的選擇性對(duì)輻射傳熱計(jì)算造成的困難如果投入輻射來(lái)自黑體，由于如果投入輻射來(lái)自黑體，由于 ，則上式可變?yōu)?，則上式可變?yōu)?),(2Tb12212001222001204212( , )( ,)( )d( , )( )d( ,)( )d( )d( , )( )d( ,1)bbbbbbbTT ETT ETT ETETT ETTf T T 表面的性質(zhì) 圖圖8-19 8-19 物體表面對(duì)黑體輻射的吸收比與溫度的關(guān)系物體表面對(duì)黑體輻射的吸收比與溫度的關(guān)系材

32、料自身溫度材料自身溫度T1T1為為294K294K灰體：光譜吸收比與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的物體稱為灰體。此時(shí)，不灰體：光譜吸收比與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的物體稱為灰體。此時(shí)，不管投入輻射的分布如何，吸收比管投入輻射的分布如何，吸收比都是同一個(gè)常數(shù)。都是同一個(gè)常數(shù)。7.4.2 灰體的概念及其工程應(yīng)用灰體的概念及其工程應(yīng)用引入的意義：不管投入輻射的分布如何，引入的意義：不管投入輻射的分布如何，均為常數(shù)，均為常數(shù)，即物體的吸收比只取決于本身的情況而與外界情況無(wú)關(guān)。即物體的吸收比只取決于本身的情況而與外界情況無(wú)關(guān)。像黑體一樣，灰體也是一種理想物體。像黑體一樣，灰體也是一種理想物體。工業(yè)上通常遇到的熱輻射，其主要波長(zhǎng)區(qū)段位于紅外

33、線工業(yè)上通常遇到的熱輻射，其主要波長(zhǎng)區(qū)段位于紅外線范圍內(nèi)絕大部分范圍內(nèi)絕大部分0.76-100.76-10微米之間），在此范圍內(nèi)，大微米之間），在此范圍內(nèi)，大多數(shù)工程材料當(dāng)作灰體處理引起的誤差是可以容許的，多數(shù)工程材料當(dāng)作灰體處理引起的誤差是可以容許的，這種簡(jiǎn)化處理給輻射換熱分析帶來(lái)了很大的方便。這種簡(jiǎn)化處理給輻射換熱分析帶來(lái)了很大的方便。發(fā)射輻射與吸收輻射二者之間的聯(lián)系：發(fā)射輻射與吸收輻射二者之間的聯(lián)系： 最簡(jiǎn)單的推導(dǎo)是用兩塊無(wú)限大平最簡(jiǎn)單的推導(dǎo)是用兩塊無(wú)限大平板間的熱力學(xué)平衡方法。如下圖，板板間的熱力學(xué)平衡方法。如下圖，板1 1時(shí)黑體，板時(shí)黑體，板2 2是任意物體，參數(shù)分別是任意物體，參數(shù)

34、分別為為Eb, T1 Eb, T1 以及以及E, E, , T2, T2，則當(dāng)系統(tǒng)，則當(dāng)系統(tǒng)處于熱平衡時(shí)，有處于熱平衡時(shí)，有 7.4.3 吸收比與發(fā)射率的關(guān)系基爾霍夫定律吸收比與發(fā)射率的關(guān)系基爾霍夫定律bqEE在熱平衡條件下，任何物體的輻射和它對(duì)來(lái)自黑體輻射的在熱平衡條件下，任何物體的輻射和它對(duì)來(lái)自黑體輻射的吸收比的比值，恒等于同溫度下黑體的輻射力。吸收比的比值，恒等于同溫度下黑體的輻射力。 bEE當(dāng)體系處于當(dāng)體系處于T1=T2T1=T2的狀態(tài)，即處于熱平衡條件下時(shí)，的狀態(tài)，即處于熱平衡條件下時(shí)，q=0q=0，那，那么么 bEE把這種關(guān)系推廣到任意物體時(shí)，可寫出如下的關(guān)系式：把這種關(guān)系推廣到任

35、意物體時(shí)，可寫出如下的關(guān)系式： bEEEE2211熱平衡時(shí)，任意物體對(duì)黑體投入輻射的吸收比等于該物體熱平衡時(shí)，任意物體對(duì)黑體投入輻射的吸收比等于該物體的發(fā)射率。的發(fā)射率。 基爾霍夫定律的數(shù)基爾霍夫定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式之一學(xué)表達(dá)式之一 基爾霍夫定律的數(shù)基爾霍夫定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式之一學(xué)表達(dá)式之一 0bEE 該式說(shuō)明，在熱力學(xué)平衡狀態(tài)下，物體的吸收率等與它該式說(shuō)明，在熱力學(xué)平衡狀態(tài)下，物體的吸收率等與它的發(fā)射率。但該式具有如下限制：的發(fā)射率。但該式具有如下限制：整個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)；整個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)；投射輻射源必須是同溫度下的黑體。投射輻射源必須是同溫度下的黑體。bEE漫射灰體漫射灰體灰體的吸收比

36、與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，在一定溫度下是一個(gè)常數(shù)；灰體的吸收比與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，在一定溫度下是一個(gè)常數(shù)；物體的發(fā)射率是物性參數(shù)，與環(huán)境條件無(wú)關(guān)。物體的發(fā)射率是物性參數(shù)，與環(huán)境條件無(wú)關(guān)。 假設(shè)在某一溫度下，一灰體與黑體處于熱平衡，按基爾霍夫假設(shè)在某一溫度下，一灰體與黑體處于熱平衡，按基爾霍夫定律定律(T)(T)(T)(T)；改變?cè)摶殷w的環(huán)境，使其所受到的輻射不是來(lái)自同溫下的黑改變?cè)摶殷w的環(huán)境，使其所受到的輻射不是來(lái)自同溫下的黑體輻射，但保持其自身溫度不變；仍應(yīng)有體輻射，但保持其自身溫度不變；仍應(yīng)有(T)(T)(T) (T) 。所以對(duì)于漫灰表面一定有所以對(duì)于漫灰表面一定有。 對(duì)于灰體，不論投入輻射是否來(lái)自黑體，也不論是否處于對(duì)于灰體，不論投入輻射是否來(lái)自黑體，也不論是否處于熱平衡條件，其吸收比恒等于同溫度下的發(fā)射率。熱平衡條件，其吸收比恒等于同溫度下的發(fā)射率。今后討論過(guò)程中，如無(wú)特殊說(shuō)