傳熱學(xué) 熱輻射基本定律及物體的輻射特性7-1

1、 傳熱學(xué)講義1第七章 熱輻射基本定律及 物體的輻射特性 傳熱學(xué)講義21. 定義7-1 熱輻射的基本概念一 熱輻射熱輻射thermal radiation輻射換熱radiation heat transfer物體由于熱的原因（溫度高于 0 K）而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象。物體之間通過熱輻射交換熱量的過程。 當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡時，輻射換熱量為零，但熱輻射仍然不斷進(jìn)行。 傳熱學(xué)講義3 任何物體，只要溫度高于0 K，就會不停地向周圍空間發(fā)出熱輻射； 可以在真空中傳播； 伴隨能量形式的轉(zhuǎn)變； 具有強(qiáng)烈的方向性； 輻射能與溫度和波長均有關(guān)2. 特點 傳熱學(xué)講義41 fC二 熱輻射具有電磁波的共性2 電磁波譜 傳熱學(xué)

2、講義5理論上覆蓋整個電磁波譜；對于太陽輻射（約5800K）：0.22m；可見光0.380.76m 紅外線0.76251000m一般工業(yè)范圍內(nèi)（2000K以下）： 0.38100m 0.7620m ?遠(yuǎn)紅外加熱技術(shù) 傳熱學(xué)講義6當(dāng)熱輻射投射到物體表面上時，一般會發(fā)生三種現(xiàn)象，即吸收、反射和穿透，如圖7-2所示。11QQQQQQQQQQ3 物體對熱輻射的吸收、反射和穿透 圖7.2 物體對熱輻射的 吸收、反射和穿透absorptivityreflectivitytransmissivity 傳熱學(xué)講義7對于大多數(shù)的固體和液體1111,01,0透明體對于不含顆粒的氣體對于黑體鏡體或白體只涉及表面整個氣

3、體容積假想的 傳熱學(xué)講義84 反射同樣具有鏡反射和漫反射的分別鏡反射漫反射 傳熱學(xué)講義91 為什么？三 黑體模型2 黑體模型可以全部吸收透射到其表面上的所有波長的輻射能；現(xiàn)實世界中并不存在嚴(yán)格意義上的黑體；實驗室模型 傳熱學(xué)講義10帶有小孔的溫度均勻的空腔 小孔的孔徑越小 越大； 溫度均勻是為了保 證輻射均勻且各向 同性。黑體模型 傳熱學(xué)講義11黑體輻射有三個基本定律7-2 黑體輻射的基本定律Stefan-Boltzmanns LawPlancks LawLamberts Law 從不同角度描述了一定溫度下的黑體輻射的基本規(guī)律 傳熱學(xué)講義12一 Stefan-Boltzmanns Law 單位

4、時間內(nèi)，物體的單位表面積向半球空間發(fā)射的所有波長的能量總和。 單位：W/m2 從總體上表征了物體輻射能力的大小。1 輻射力E emissive power 傳熱學(xué)講義13 Stefan-Boltzmann常數(shù) 5.6710-8 W/(m2K4) C0黑體輻射系數(shù) 5.67 W/(m2K4)2 表達(dá)式40100TCEb4TEb 傳熱學(xué)講義14 1879年由Stefan根據(jù)實驗結(jié)果提出，1884年由Boltzmann用理論分析法予以證實； Boltzmann其人 熱科學(xué)領(lǐng)域杰出的科學(xué)家 1906年 亞德里亞海 Boltzmann transport equation ET4 3 說明 傳熱學(xué)講義1

5、5二 Plancks Law 單位時間、單位波長范圍內(nèi)(包含某一特定波長)、物體的單位表面積向半球空間發(fā)射出去的輻射能。 單位：W/m3 E和E關(guān)系1 光譜輻射力E spectral emissive powerdEE0 傳熱學(xué)講義161)(512TcbecE式中：式中： 波長，波長，m T 黑體溫度，黑體溫度，K c1 第一輻射常數(shù)，第一輻射常數(shù)，3.74210-16 W m2； c2 第二輻射常數(shù)，第二輻射常數(shù)，1.438810-2 W K； 2 Planck定律 傳熱學(xué)講義173 Planck定律和Stefan-Boltzmann定律的關(guān)系dEEbb04 Wien位移定律K109 . 2

6、3maxmT 傳熱學(xué)講義1821dEEbb5 黑體輻射函數(shù)122121210044011dEdETdETdEdEFbbbbbb 傳熱學(xué)講義19TfTdEFbb400bbbEFE2121122100bbbFFF表7-1 黑體輻射函數(shù)表（注意單位） 傳熱學(xué)講義206 黑體輻射力中不同波長輻射能的比例溫度（K）可見光紅外線1000 99.9%300011.4%88.5%600045.5%43.0%(1) 例7-3(2)定性上實際物體的光譜輻射力按波長分布的規(guī)律一致 傳熱學(xué)講義21三 Lamberts Law定義：球面面積除以球半徑的平方單位：sr(球面度)2ddrAc1 立體角平面角 傳熱學(xué)講義22

7、 傳熱學(xué)講義23dsinddrrAc2ddrAcddsind在相同的立體角的基礎(chǔ)上比較！ 傳熱學(xué)講義242 單位可見輻射面積在相同的可見輻射面積的基礎(chǔ)上比較！ 傳熱學(xué)講義251) 定義dcosd)(d)(AL3 定向輻射強(qiáng)度L(, )在單位時間內(nèi)、單位可見輻射面積上、單位立體角內(nèi)發(fā)射的一切波長的能量單位：W/m2sr2) 黑體的定向輻射強(qiáng)度 LbCLLb)( 傳熱學(xué)講義261) 定向輻射強(qiáng)度與方向無關(guān)的規(guī)律cosdd)(dLA4 Lambert定律2) 對于服從Lambert定律的輻射又稱余弦定律3) 黑體輻射法向方向最大，切線方向為零 傳熱學(xué)講義275 黑體定向輻射強(qiáng)度與輻射力之間的關(guān)系cosdd)(