熱輻射基本定律

1、第八章熱輻射基本定律和輻射特性主要內(nèi)容熱輻射的基本概念黑體輻射基本定律 1、普朗克定律 2、維恩位移定律 3、斯忒藩玻爾茲曼定律（四次方定律） 4、蘭貝特定律（朗伯定律）固體和液體的輻射特性實(shí)際物體對輻射能的吸收與輻射的關(guān)系 -基爾霍夫定律太陽與環(huán)境輻射熱輻射基本定律熱輻射基本定律8.1 熱輻射現(xiàn)象的基本概念2.熱輻射的特點(diǎn)熱輻射的特點(diǎn)a. 熱輻射可在真空中傳播熱輻射可在真空中傳播, 不需要任何中間介質(zhì)不需要任何中間介質(zhì) ( 在真空中傳遞的效率最高在真空中傳遞的效率最高)；且輻射能的傳播具；且輻射能的傳播具有直線性有直線性b.在發(fā)生能量轉(zhuǎn)移的同時還伴有能量形式的轉(zhuǎn)換在發(fā)生能量轉(zhuǎn)移的同時還伴有能

2、量形式的轉(zhuǎn)換輻輻 射射: 以電磁波形式傳遞能量的過程以電磁波形式傳遞能量的過程熱輻射熱輻射: 由于熱的原因而產(chǎn)生的電磁波輻射由于熱的原因而產(chǎn)生的電磁波輻射輻射傳熱輻射傳熱: 物體間相互輻射和吸收的總效果物體間相互輻射和吸收的總效果1. 輻射、熱輻射與輻射傳熱輻射、熱輻射與輻射傳熱8.1.1 熱輻射的定義及特點(diǎn)熱輻射的定義及特點(diǎn) 8.1.2 熱輻射的電磁波特性熱輻射的電磁波特性1.傳播速率、波長、頻率間的關(guān)系傳播速率、波長、頻率間的關(guān)系msfsmcfc,/,1波長頻率電磁波的傳播速率可見光可見光: 0.380.76 ; 熱射線熱射線: 0.1100mm 2.電磁波波譜電磁波波譜m/波長波長 3.

3、物體表面對電磁波的作用物體表面對電磁波的作用特例：固、液：+=1；=0 氣體： +=1；=0(1)吸收、反射、穿透及相互關(guān)系吸收、反射、穿透及相互關(guān)系 Q+Q+Q=Q +=1-穿透率穿透率-反射率反射率-吸收率吸收率 (2)固體表面的反射類型固體表面的反射類型鏡反射鏡反射: 從某一方向入射的輻射按從某一方向入射的輻射按反射角等于入射反射角等于入射 角角的規(guī)律反射的規(guī)律反射 (表表 面的不平整尺寸小于投面的不平整尺寸小于投 入輻射的波長入輻射的波長)漫反射漫反射: 從某一方向入射的輻射向空間各個向方向從某一方向入射的輻射向空間各個向方向 反射出去反射出去 ( 發(fā)生于表面的不平整尺寸大于發(fā)生于表面

4、的不平整尺寸大于 投入輻射的波長的場合投入輻射的波長的場合) 鏡反射鏡反射漫反射漫反射 黑體：能吸收所有投射到其表面上的輻射 能的物體(即=1的物體)鏡體：反射比等于1的物體 (當(dāng)反射為漫反射時稱為白體)透明體：穿透比等于1的物體 1.幾個理想物體幾個理想物體8.1.3 黑體模型黑體模型 2. 黑體模型黑體模型996. 06 . 0%6 . 0當(dāng)量腔孔時當(dāng)，AAdEEbb0:,則有對于黑體0dEE(3) E與與E 的關(guān)系：的關(guān)系：輻射力的概念輻射力的概念8.2 黑體輻射的基本定律黑體輻射的基本定律(1) (全色全色)輻射力輻射力E 單位時間內(nèi)物體的單位表面積向半球空間的所單位時間內(nèi)物體的單位表

5、面積向半球空間的所 有方向輻射出去的全部波長范圍內(nèi)的能量有方向輻射出去的全部波長范圍內(nèi)的能量, W/m2。 表征物體表面向外界發(fā)射輻射能本領(lǐng)的大小。表征物體表面向外界發(fā)射輻射能本領(lǐng)的大小。(2) 單色輻射力單色輻射力E （光譜輻射力）（光譜輻射力） 單位時間內(nèi)物體的單位表面積向半球空間的所單位時間內(nèi)物體的單位表面積向半球空間的所 有方向輻射出去的在包含有方向輻射出去的在包含在內(nèi)的單位波長內(nèi)的在內(nèi)的單位波長內(nèi)的能能 量，量，W/m3。8.2.1 斯忒藩斯忒藩玻耳茲曼定律玻耳茲曼定律（四次方定律）（四次方定律） 反映黑體的反映黑體的(全色全色)輻射力與溫度的關(guān)系輻射力與溫度的關(guān)系404)100(T

6、CETEbb或其中：其中： 黑體輻射常數(shù)黑體輻射常數(shù)(5.6710-8W/m2.K4) C0黑體輻射系數(shù)黑體輻射系數(shù)(5.67W/m2.K4)8.2.2 普朗克定律普朗克定律1),()/(512TCbecTfE式中式中:KmcmWcKTmmWEb2221613104388. 1 ,107419. 3 ,/,第二輻射常量第一輻射常量黑體的熱力學(xué)溫度波長黑體光譜輻射力1.普朗克定律普朗克定律反映在一定溫度下，黑體的光譜反映在一定溫度下，黑體的光譜(單單 色色)輻射力隨波長的分布規(guī)律：輻射力隨波長的分布規(guī)律：1),()/(512TCbecTfE規(guī)律：規(guī)律：(1)T一定時，一定時，Eb 與波長有關(guān)與波

7、長有關(guān)(為一連續(xù)曲線為一連續(xù)曲線)，在，在 =0 之間單色輻射力存在一峰值之間單色輻射力存在一峰值(Eb )max； (2)對應(yīng)不同的溫度，有不同的能量分布曲線：隨對應(yīng)不同的溫度，有不同的能量分布曲線：隨T 的升高，出現(xiàn)峰值的位置向短波方向移動，同的升高，出現(xiàn)峰值的位置向短波方向移動，同 時時 (Eb )max值增大。值增大。2、維恩位移定律維恩位移定律（反映出現(xiàn)最大單色輻射力的波（反映出現(xiàn)最大單色輻射力的波 長長m與絕對溫度與絕對溫度T之間的關(guān)系）：之間的關(guān)系）：P362例例81：維恩位移定律的應(yīng)用：維恩位移定律的應(yīng)用結(jié)果：一般工業(yè)高溫范圍結(jié)果：一般工業(yè)高溫范圍(2000K), m =1.4

8、5 m(紅外區(qū)段紅外區(qū)段) 太陽表面溫度太陽表面溫度(5800K), m=0.50 m (可見光可見光)定律的定律的應(yīng)用應(yīng)用：分析金屬在不同溫度下的顏色變化。：分析金屬在不同溫度下的顏色變化。 m T=2.897610-3m.K 2.910-3m.K3、普朗克定律普朗克定律與與斯忒藩斯忒藩玻耳茲曼定律玻耳茲曼定律的關(guān)系的關(guān)系decdEETCbb0)/(510124、黑體輻射能按波段的分布、黑體輻射能按波段的分布 (即黑體的波段輻射力即黑體的波段輻射力Eb的確定的確定)a. 黑體輻射函數(shù)黑體輻射函數(shù)Fb(0)的概念的概念定義：定義：)(1)0(04TfdETFbbb.黑體的波段輻射力黑體的波段輻

9、射力Eb由輻射函數(shù)的定義可得由輻射函數(shù)的定義可得:)0()0()()(1244212121bbbbbFFTdETEFbbbbbbEFFEFE)0()0()()(122121所以：所以：平面角：平面角：8.2.3 蘭貝特定律蘭貝特定律 -(反映黑體輻射能按空間方向的分布規(guī)律反映黑體輻射能按空間方向的分布規(guī)律)1.立體角立體角立體角：立體角：ddrdAdsrrAccsin);)(22球面度緯度角徑度角 2.定向輻射強(qiáng)度定向輻射強(qiáng)度 I 定義定義：單位時間內(nèi)、單位可見輻射面積、單位：單位時間內(nèi)、單位可見輻射面積、單位 立體角的輻射能量稱為定向輻射強(qiáng)度立體角的輻射能量稱為定向輻射強(qiáng)度即：即：)/(co

10、s)()(2srmWddAdI3. 蘭貝特定蘭貝特定律律(余弦定律余弦定律)： -黑體輻射的定向輻射強(qiáng)度等于常量黑體輻射的定向輻射強(qiáng)度等于常量,與方向無關(guān)與方向無關(guān)故由式故由式(8-15b)又有：又有：)cos()(IdAdd 即：即：Ip=Im=In=I表明表明:黑體單位面積輻射出去的能量在空間不同方黑體單位面積輻射出去的能量在空間不同方 向的分布按緯度角向的分布按緯度角的余弦規(guī)律變化的余弦規(guī)律變化. .4. 蘭貝特定律蘭貝特定律與與斯忒藩斯忒藩玻耳茲曼定律玻耳茲曼定律間的關(guān)系間的關(guān)系 即定向輻射強(qiáng)度即定向輻射強(qiáng)度I與輻射力與輻射力E之間的關(guān)系之間的關(guān)系對于服從蘭貝特定律的輻射，有：對于服從

11、蘭貝特定律的輻射，有：bbbbbIddIddIdIdAdE2/02022sincossincoscos)(即即:bbIE0dEE(3) E與與E 的關(guān)系：的關(guān)系： 1. 輻射力的概念輻射力的概念8.2 黑體輻射基本定律黑體輻射基本定律(1) (全色全色)輻射力輻射力E(2) 單色輻射力單色輻射力E （光譜輻射力）（光譜輻射力）2. 斯忒藩斯忒藩玻耳茲曼定律玻耳茲曼定律（四次方定律）（四次方定律） 反映黑體的反映黑體的(全色全色)輻射力與溫度的關(guān)系輻射力與溫度的關(guān)系404)100(TCETEbb或3.普朗克定律普朗克定律反映在一定溫度下，黑體的光譜反映在一定溫度下，黑體的光譜(單單 色色)輻射力

12、隨波長的分布規(guī)律輻射力隨波長的分布規(guī)律1),()/(512TCbecTfE規(guī)律：規(guī)律：(1)T一定時，一定時，Eb 與波長有關(guān)與波長有關(guān)(為一連續(xù)曲線為一連續(xù)曲線)，在，在 =0 之間單色輻射力存在一峰值之間單色輻射力存在一峰值(Eb )max； (2)對應(yīng)不同的溫度，有不同的能量分布曲線：隨對應(yīng)不同的溫度，有不同的能量分布曲線：隨T 的升高，出現(xiàn)峰值的位置向短波方向移動，同的升高，出現(xiàn)峰值的位置向短波方向移動，同 時時 (Eb )max值增大。值增大。4、維恩位移定律維恩位移定律（反映出現(xiàn)最大單色輻射力的波（反映出現(xiàn)最大單色輻射力的波 長長m與絕對溫度與絕對溫度T之間的關(guān)系）：之間的關(guān)系）：

13、 m T=2.897610-3m.K 2.910-3m.K5、普朗克定律普朗克定律與與斯忒藩斯忒藩玻耳茲曼定律玻耳茲曼定律的關(guān)系的關(guān)系decdEETCbb0)/(51012bbbbbbEFFEFE)0()0()()(1221216. 黑體的波段輻射力黑體的波段輻射力Eb7. 蘭貝特定律蘭貝特定律(反映黑體輻射能按空間方向的分布規(guī)律反映黑體輻射能按空間方向的分布規(guī)律)(1)立體角與立體角與定向輻射強(qiáng)度定向輻射強(qiáng)度的概念的概念(2) 蘭貝特定蘭貝特定律律(余弦定律余弦定律) -黑體輻射的定向輻射強(qiáng)度等于常量黑體輻射的定向輻射強(qiáng)度等于常量,與方向無關(guān)與方向無關(guān) 即：即：Ip=Im=In=I)cos(

14、)(:IdAdd或表明表明:黑體單位面積輻射出去的能量在空間不同方向黑體單位面積輻射出去的能量在空間不同方向 的分布按緯度角的分布按緯度角的余弦規(guī)律變化的余弦規(guī)律變化. .(3) 蘭貝特定律蘭貝特定律與與斯忒藩斯忒藩玻耳茲曼定律玻耳茲曼定律間的關(guān)系間的關(guān)系:對于服從蘭貝特定律的輻射，有：對于服從蘭貝特定律的輻射，有：bbIE8.3 實(shí)際固體和液體的輻射特性實(shí)際固體和液體的輻射特性特征：在相同溫度下，實(shí)際物體的輻射力總是小特征：在相同溫度下，實(shí)際物體的輻射力總是小 于黑體的輻射力于黑體的輻射力兩者的差別用兩者的差別用發(fā)射率發(fā)射率(黑度黑度)表示表示 反映物體發(fā)射輻射能的能力大小，對于一反映物體發(fā)

15、射輻射能的能力大小，對于一定的物體表面，其數(shù)值與溫定的物體表面，其數(shù)值與溫 度有關(guān)（具體關(guān)系由度有關(guān)（具體關(guān)系由實(shí)驗測定）實(shí)驗測定）8.3.1 實(shí)際物體的輻射力實(shí)際物體的輻射力E(全色輻射力全色輻射力) 與發(fā)射率與發(fā)射率定義定義: 實(shí)際物體的輻射力與同實(shí)際物體的輻射力與同溫度下溫度下黑體的輻射力之為黑體的輻射力之為 實(shí)際物體的發(fā)射率實(shí)際物體的發(fā)射率(黑度黑度), 用用表示表示：bEE 則實(shí)際物體的輻射力為則實(shí)際物體的輻射力為: )188()100(404TCTEEb 黑度黑度與單色黑度與單色黑度 間的關(guān)系：間的關(guān)系：)208()(104dETEEbb8.3.2 實(shí)際物體的光譜輻射力實(shí)際物體的光

16、譜輻射力E與光譜發(fā)射率與光譜發(fā)射率()定義定義: 實(shí)際物體的光譜輻射力與實(shí)際物體的光譜輻射力與同溫度同溫度下黑體在同一下黑體在同一 波長下的光譜輻射力之比稱為實(shí)際物體的光譜波長下的光譜輻射力之比稱為實(shí)際物體的光譜 發(fā)射率發(fā)射率(光譜黑度光譜黑度), 用用()表示表示：bEE)( 一般一般, 實(shí)際物體的黑度實(shí)際物體的黑度除與表面性質(zhì)有關(guān)外除與表面性質(zhì)有關(guān)外, ,還與溫度存在依變關(guān)系還與溫度存在依變關(guān)系. .8.3.3 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I()與定向發(fā)射率與定向發(fā)射率)218()()()()(bbIIII定義定義: 實(shí)際物體在某一方向的定向輻射強(qiáng)度與實(shí)際物體在某一方向的定

17、向輻射強(qiáng)度與同溫同溫 度度下黑體的定向輻射強(qiáng)度之比稱為實(shí)際物體下黑體的定向輻射強(qiáng)度之比稱為實(shí)際物體 的定向發(fā)射率的定向發(fā)射率(定向黑度定向黑度), 用用 表示：表示：)(式中式中: 輻射方向與輻射面法線方向之間的夾角輻射方向與輻射面法線方向之間的夾角; 方向上的定向輻射強(qiáng)度方向上的定向輻射強(qiáng)度 同溫度下黑體的定向輻射強(qiáng)度同溫度下黑體的定向輻射強(qiáng)度bII)()(1. 定向發(fā)射率定向發(fā)射率 隨隨角的變化規(guī)律角的變化規(guī)律)(2. 定向發(fā)射率與半球平均發(fā)射率間的關(guān)系定向發(fā)射率與半球平均發(fā)射率間的關(guān)系22)()(dIdIEEbbb簡化式簡化式(工程計算中黑度工程計算中黑度的的實(shí)用處理方法實(shí)用處理方法)：

18、nM式中式中: 為法向發(fā)射率為法向發(fā)射率(見見P369表表8-2)n(1) 金屬表面金屬表面(表面高度磨光時取上限表面高度磨光時取上限) M=1.21.3, 即即=(1.21.3) n(2) 非導(dǎo)體非導(dǎo)體, M=0.951.0(3) 實(shí)用中，對于工程材料實(shí)用中，對于工程材料(高度磨光表面除外高度磨光表面除外)，一，一 般可取般可取M1.0，即，即n (實(shí)際情況實(shí)際情況: 有光滑表面的物體，有光滑表面的物體， =0.95n 粗糙的物體，粗糙的物體， =0.98n) 即即: 大部分工程材料的定向發(fā)射率可近似取為定大部分工程材料的定向發(fā)射率可近似取為定 值值, 故可作漫射體處理故可作漫射體處理(4)

19、 非金屬材料，當(dāng)缺乏資料時，可近似取非金屬材料，當(dāng)缺乏資料時，可近似取=0.9P370 例例8-5、8-6* 本節(jié)中，還有幾點(diǎn)需要注意本節(jié)中，還有幾點(diǎn)需要注意1.1.將不確定因素歸于修正系數(shù)，這是由于熱輻射非常將不確定因素歸于修正系數(shù)，這是由于熱輻射非常 復(fù)雜很難理論確定，實(shí)際上是一種權(quán)宜之計；復(fù)雜很難理論確定，實(shí)際上是一種權(quán)宜之計；2.2.服從服從LambertLambert定律的表面稱為漫射表面。雖然實(shí)際物定律的表面稱為漫射表面。雖然實(shí)際物 體的定向發(fā)射率并不完全符合體的定向發(fā)射率并不完全符合LambertLambert定律，但仍然定律，但仍然 近似地認(rèn)為大多數(shù)工程材料服從近似地認(rèn)為大多數(shù)

20、工程材料服從LambertLambert定律，這有定律，這有 許多原因；許多原因；3.3.影響物體表面發(fā)射率的因素影響物體表面發(fā)射率的因素: 物質(zhì)種類、表面溫度和物質(zhì)種類、表面溫度和 表面狀況。表面狀況。 這說明發(fā)射率只與發(fā)射輻射的物體本身這說明發(fā)射率只與發(fā)射輻射的物體本身 有關(guān)，而不涉及外界條件。有關(guān)，而不涉及外界條件。2、光譜吸收比光譜吸收比(單色吸收比單色吸收比) () 物體對某一特定波長的輻射能所吸收的百分比物體對某一特定波長的輻射能所吸收的百分比8.4.1 實(shí)際物體的吸收比實(shí)際物體的吸收比 表示物體表面對輻射能的吸收特性表示物體表面對輻射能的吸收特性8.4 實(shí)際物體對輻射能的吸收與輻

21、射的關(guān)系實(shí)際物體對輻射能的吸收與輻射的關(guān)系 一般，一般，()與波長與波長有關(guān)有關(guān)(物體對輻射能吸收物體對輻射能吸收 的選擇性的選擇性）見見P372圖圖8-17、圖、圖8-181、投入輻射、投入輻射G 單位時間內(nèi)從外界投射到物體單位表面積上的單位時間內(nèi)從外界投射到物體單位表面積上的 各種波長能量的總和，稱為對該表面的投入輻各種波長能量的總和，稱為對該表面的投入輻 射射. 單位單位 W/m2.溫室效應(yīng)：利用了玻璃對輻射能吸收的選擇性溫室效應(yīng)：利用了玻璃對輻射能吸收的選擇性 （對（對3m的輻射能穿透比很大，的輻射能穿透比很大， 對對3m的輻射能穿透比很?。┑妮椛淠艽┩副群苄。┪矬w的顏色變化：取決于物

22、體表面對可見光的選擇物體的顏色變化：取決于物體表面對可見光的選擇 性吸收特性性吸收特性選擇性吸收和穿透選擇性吸收和穿透實(shí)例實(shí)例：溫室效應(yīng)、物體的顏色等：溫室效應(yīng)、物體的顏色等3、吸收比吸收比 物體對投入輻射所吸收的百分比物體對投入輻射所吸收的百分比. (表征物體表面對外來能量的反應(yīng)表征物體表面對外來能量的反應(yīng)) 的數(shù)值取決于：的數(shù)值取決于： (1) 吸收輻射物體本身的狀況吸收輻射物體本身的狀況(表面表面1的性質(zhì)和溫度的性質(zhì)和溫度); (2) 投入輻射的特性投入輻射的特性(能量按波長的分布能量按波長的分布) (即表面即表面2的性的性 質(zhì)和溫度質(zhì)和溫度)。;:GG按定義0220221020211)

23、(),()(),(),(),(),(),(dTETdTETTdTGdTGTbb即：即：)1,()(),()()(),(212021020214的性質(zhì)表面TTfTdTETdTEdTETbbb對于來自黑體的輻射對于來自黑體的輻射 ，有：，有： 對于給定的物體，對黑體輻射的吸收比則只對于給定的物體，對黑體輻射的吸收比則只 是溫度是溫度T1、T2的函數(shù)（見的函數(shù)（見P375圖圖8-19）),(),(2TETGb規(guī)律：規(guī)律：(1) T1一定時，一定時，非導(dǎo)電非導(dǎo)電 體體對黑體輻射的吸對黑體輻射的吸 收比收比 隨溫度隨溫度T2 的增加而減小的增加而減小 (2) T1一定時，一定時，導(dǎo)電體導(dǎo)電體 對黑體輻射

24、的吸收對黑體輻射的吸收 比比 隨溫度隨溫度 T2的的 增加而增大增加而增大 物體顏色對吸收比物體顏色對吸收比的影響情況：的影響情況： 對可見光呈強(qiáng)烈的選擇性；對可見光呈強(qiáng)烈的選擇性； 對紅外輻射幾乎無選擇性。對紅外輻射幾乎無選擇性。 8.4.2 灰體灰體 光譜吸收比光譜吸收比()與波長無關(guān)的物體與波長無關(guān)的物體即對于灰體有：即對于灰體有： ()=常數(shù)，故有：常數(shù)，故有：常數(shù)),(),(),(),(102021TdTGdTGT 與黑體類似，灰體也是一種理想物體。與黑體類似，灰體也是一種理想物體。實(shí)用實(shí)用中，大多數(shù)工程材料均可作灰體處理中，大多數(shù)工程材料均可作灰體處理（工業(yè)上的（工業(yè)上的熱輻射范圍

25、絕大部分在紅外區(qū)段的熱輻射范圍絕大部分在紅外區(qū)段的0.7610 m之之間間, 此時此時 一般不隨波長作顯著變化）一般不隨波長作顯著變化） 物體的選擇性吸收特性，在實(shí)際生產(chǎn)中利用的例物體的選擇性吸收特性，在實(shí)際生產(chǎn)中利用的例 子很多，但也給工程中輻射換熱的計算帶來巨大麻煩。子很多，但也給工程中輻射換熱的計算帶來巨大麻煩。 對此，一般有對此，一般有兩種兩種處理方法，即處理方法，即 (1)(1)灰體法灰體法： 即將光譜吸收比即將光譜吸收比 ( ( ) )等效為常數(shù)，等效為常數(shù)， = = ( ( )=const)=const， 將物體作為灰體處理。誤差在允許范圍內(nèi)；將物體作為灰體處理。誤差在允許范圍內(nèi)

26、； (2)(2)譜帶模型法譜帶模型法: : 即將所關(guān)心的連續(xù)分布的譜帶區(qū)域劃分為若干小區(qū)即將所關(guān)心的連續(xù)分布的譜帶區(qū)域劃分為若干小區(qū) 域，每個小區(qū)域被稱為一個譜帶，在每個譜帶內(nèi)應(yīng)用灰域，每個小區(qū)域被稱為一個譜帶，在每個譜帶內(nèi)應(yīng)用灰 體假設(shè)。體假設(shè)。 8.4.3 吸收比與發(fā)射率之間的關(guān)系吸收比與發(fā)射率之間的關(guān)系 基爾霍夫基爾霍夫(Kirchhoff)定律定律1、實(shí)際物體吸收比與發(fā)射率之間的關(guān)系、實(shí)際物體吸收比與發(fā)射率之間的關(guān)系式式(8-25a)成立的條件：成立的條件：熱平衡熱平衡)258(2211aEEEEb (1)基爾霍夫定律的表述基爾霍夫定律的表述 在在熱平衡條件熱平衡條件下，任何物體的輻射

27、力與對黑下，任何物體的輻射力與對黑 體輻射的吸收比之比恒等于同溫度下黑體的輻射體輻射的吸收比之比恒等于同溫度下黑體的輻射 力。即：力。即：bEE基爾霍夫定律的另一表述：基爾霍夫定律的另一表述： 在熱平衡條件下，任意物體對黑體輻射的吸收在熱平衡條件下，任意物體對黑體輻射的吸收比恒等于同溫度下該物體的發(fā)射率。即比恒等于同溫度下該物體的發(fā)射率。即結(jié)論結(jié)論同溫度下同溫度下，物體的輻射力越大，吸收比也就越大，物體的輻射力越大，吸收比也就越大同溫度下同溫度下，所有物體中黑體的輻射力最大，所有物體中黑體的輻射力最大 (2)定律的證明（見定律的證明（見P377）2. 特例特例漫射灰體吸收比與發(fā)射率之間的關(guān)系漫

28、射灰體吸收比與發(fā)射率之間的關(guān)系(1)由灰體的定義由灰體的定義=()=常數(shù)，有常數(shù)，有=()=常數(shù)常數(shù)(2)對于灰體，不論對于來自何處的輻射，也不論是對于灰體，不論對于來自何處的輻射，也不論是 否處于熱平衡，恒有否處于熱平衡，恒有=結(jié)論結(jié)論: 在灰體層面上在灰體層面上, 善于輻射的物體必善于吸收善于輻射的物體必善于吸收 關(guān)于基爾霍夫定律及灰體假設(shè)的幾點(diǎn)說明1 1、基爾霍夫定律在不同層次上有不同的表達(dá)式、基爾霍夫定律在不同層次上有不同的表達(dá)式 （詳見（詳見P377P377表表8-38-3）2 2、在常見的溫度范圍內(nèi)，大多數(shù)工程材料均可作、在常見的溫度范圍內(nèi)，大多數(shù)工程材料均可作 灰體處理（漫灰表面

29、）灰體處理（漫灰表面）3 3、由定律可得出結(jié)論：物體的輻射能力越大，其、由定律可得出結(jié)論：物體的輻射能力越大，其 吸收能力也越大（善于輻射必善于吸收）吸收能力也越大（善于輻射必善于吸收） 條件：灰體條件：灰體4 4、上述處理方法不適用于對太陽輻射的吸收、上述處理方法不適用于對太陽輻射的吸收 （大多數(shù)物體對可見光有（大多數(shù)物體對可見光有強(qiáng)烈的選擇性）強(qiáng)烈的選擇性）層 次數(shù)學(xué)表達(dá)式成立條件光譜，定向光譜，半球全波段，半球無條件，為緯度角漫射表面與黑體處于熱平衡或?qū)β冶砻?,(),(TT),(),(TT)()(TT表表8-3 Kirchhoff 8-3 Kirchhoff 定律的不同表達(dá)式定律的不

30、同表達(dá)式8.4.4 溫室效應(yīng)溫室效應(yīng)溫室溫室: 位于太陽照耀下的封閉的空間位于太陽照耀下的封閉的空間 (小轎車、暖房等小轎車、暖房等)原理原理: 利用玻璃對太陽輻射的強(qiáng)烈的選擇性利用玻璃對太陽輻射的強(qiáng)烈的選擇性 見見P378圖圖8-21 （對（對3m的熱輻射有很高的穿透比，的熱輻射有很高的穿透比， 對對3m的熱輻射的穿透比則很?。┑臒彷椛涞拇┩副葎t很?。┪招詺怏w吸收性氣體溫室氣體溫室氣體(二氧化碳、多種二氧化碳、多種CFC制冷劑制冷劑如冰箱制冷劑如冰箱制冷劑R12)P378 例例8-7:已知：煤層溫度已知：煤層溫度2000K，可作黑體；爐墻為溫射表面，可作黑體；爐墻為溫射表面， 內(nèi)表面溫度內(nèi)

31、表面溫度500K，光譜發(fā)射率如圖。，光譜發(fā)射率如圖。求：爐墻內(nèi)表面的發(fā)射率求：爐墻內(nèi)表面的發(fā)射率與對煤層輻射的吸收比與對煤層輻射的吸收比解：解：(1)先求發(fā)射率先求發(fā)射率。由發(fā)射率的定義可得：由發(fā)射率的定義可得：bbbbEdEEdEEET001)()()()0(23212113201012111212bbbbbbbbbbbbbFFFEdEEdEEdEEdEdEdE 其中：其中： 1、2、3已已 知，知，F(xiàn)b(01)、Fb(12)及及Fb(2)可根據(jù)可根據(jù)T1值從黑體輻值從黑體輻射函數(shù)表查得。代入數(shù)據(jù)后可得：射函數(shù)表查得。代入數(shù)據(jù)后可得：(T1)=0.61(2)再求對煤層輻射的吸收比再求對煤層輻

32、射的吸收比由對黑體輻射的吸收比的定義式由對黑體輻射的吸收比的定義式(7-23b)可得：可得：)()(),(),(2020212211TEdEdEdETEdTETbbbbbb)()()(23222012211TEdETEdETEdEbbbbbb)()()0(2212113bbbFFF 其中：其中： 1、2、3已已 知，知，F(xiàn)b(01)、Fb(12)及及Fb(2)可根據(jù)可根據(jù)T2值從黑體輻值從黑體輻射函數(shù)表查得。代入數(shù)據(jù)后可得：射函數(shù)表查得。代入數(shù)據(jù)后可得：(T1、T2)=0.395 (T1)1、太陽輻射的光譜分布特點(diǎn)：、太陽輻射的光譜分布特點(diǎn)： 近似于近似于5762K（5800K）的黑體輻射）的

33、黑體輻射 最大能量對應(yīng)波長：最大能量對應(yīng)波長： max=0.50m, 99%能量集中區(qū)域：能量集中區(qū)域： =0.2m3m8.5 太陽與環(huán)境輻射太陽與環(huán)境輻射8.5.1 太陽常數(shù)太陽常數(shù)式中：式中：f f地日距離修正系數(shù)，地日距離修正系數(shù)，0.970.971.031.03 天頂角（太陽射線與地面法線之間的夾角）天頂角（太陽射線與地面法線之間的夾角） Sc太陽常數(shù)（日地平均距離處，大氣層外緣太陽常數(shù)（日地平均距離處，大氣層外緣 與太陽射線相垂直的單位表面積所接受到與太陽射線相垂直的單位表面積所接受到 的太陽輻射能，其值為的太陽輻射能，其值為(1370(13706)W/m6)W/m2 2cos,fS

34、GcOS大氣層外緣水平面上單位面積接受到的太陽輻射能大氣層外緣水平面上單位面積接受到的太陽輻射能(8-26)2. 太陽常數(shù)太陽常數(shù)WdSc1721076. 14/故故, 單位時間內(nèi)照射到地球上的太陽輻射能約為單位時間內(nèi)照射到地球上的太陽輻射能約為:相當(dāng)于每秒鐘燃燒相當(dāng)于每秒鐘燃燒600萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)熱量萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)熱量8.5.2 太陽能穿過大氣層時的削弱太陽能穿過大氣層時的削弱大氣層對太陽輻射的兩種削弱作用大氣層對太陽輻射的兩種削弱作用:1. 包含在大氣層中的吸收性氣體的包含在大氣層中的吸收性氣體的吸收吸收作用作用 ( 臭氧、水蒸汽、二氧化碳、各種臭氧、水蒸汽、二氧化碳、各種CFC氣體氣體

35、)2. 散射散射作用作用: 對太陽投入輻射的重輻射對太陽投入輻射的重輻射 分子散射分子散射基本上向整個空間均勻地進(jìn)行基本上向整個空間均勻地進(jìn)行 米散射米散射-由于大氣層中的塵埃與懸浮微粒所由于大氣層中的塵埃與懸浮微粒所 造成造成, 使輻射能基本沿投入輻射方使輻射能基本沿投入輻射方 向繼續(xù)向前傳遞向繼續(xù)向前傳遞,直接到達(dá)地球表面直接到達(dá)地球表面8.5.3 環(huán)境輻射環(huán)境輻射環(huán)境輻射環(huán)境輻射-地球及大氣層中某些具有輻射能力成份的輻射地球及大氣層中某些具有輻射能力成份的輻射.氣象研究表明氣象研究表明, 大氣層對地球表面的投入輻射為大氣層對地球表面的投入輻射為:4skyatmTG式中式中: 等效天空溫度

36、等效天空溫度, 其值與氣象條件有關(guān)其值與氣象條件有關(guān) skyT8.5.4 物體對太陽能的吸收物體對太陽能的吸收部分物體對太陽輻射的吸收比見部分物體對太陽輻射的吸收比見P383表表8-4 在研究物體與太陽輻射的相互作用時，不能在研究物體與太陽輻射的相互作用時，不能把物體作灰體，即把物體作灰體，即其中，其中， 為物體對太陽輻射的吸收比為物體對太陽輻射的吸收比 太陽能的應(yīng)用實(shí)例太陽能的應(yīng)用實(shí)例太陽能集熱器太陽能集熱器 （將太陽能轉(zhuǎn)換成工質(zhì)（將太陽能轉(zhuǎn)換成工質(zhì)熱水的熱能的設(shè)備）熱水的熱能的設(shè)備） 2. 太陽能集熱器的效率：太陽能集熱器的效率：spctrpstrpssgGqGTTCGq,440) 111

37、()100()100(投入集熱器的太陽輻射密度集熱器的有效收益熱流(10-4)的穿透比透明覆蓋層對太陽輻射收比吸熱面對太陽輻射的吸熱力學(xué)溫度吸熱面及透明覆蓋層的率所處工作溫度下的發(fā)射吸熱面及透明覆蓋層在吸熱面的對流散熱式中strptrppcTTq,:,1. 穩(wěn)態(tài)條件下，集熱器單位面積的穩(wěn)態(tài)條件下，集熱器單位面積的熱平衡方程熱平衡方程:pcprgssqqqG,（10-3）3. 提高太陽能集熱器效率的途徑和措施提高太陽能集熱器效率的途徑和措施 措施措施: 利用對太陽光透明的玻璃或塑料薄膜使吸熱面不利用對太陽光透明的玻璃或塑料薄膜使吸熱面不 直接暴露于外界環(huán)境直接暴露于外界環(huán)境; 采用雙層玻璃覆蓋層采用雙層玻璃覆蓋層; 吸熱面采用光譜選擇性涂層吸熱面采用光譜選擇性涂層(具有較高的具有較高的s/值值) 途徑途徑： 在保持最大限度采集太陽輻射的同時，盡可能減在保持最大限度采集太陽輻射的同時，