第20講輻射換熱

前面所了解的導(dǎo)熱和對(duì)流換熱特征：有物質(zhì)介入（熱量傳遞的介質(zhì)）第九章熱輻射原理FundamentalsofThermalRadiation介質(zhì)處于靜止（導(dǎo)熱）或運(yùn)動(dòng)（對(duì)流換熱）熱量傳遞的方向是溫度降低的方向?qū)嵋罁?jù)導(dǎo)熱定律，對(duì)流換熱依據(jù)牛頓公式輻射表面各處輻射能向所在點(diǎn)（微元面）的半球方向傳遞熱輻射不同點(diǎn)：空間傳遞的能量不是熱能，而是電磁波（ElectromagneticWaves

）電磁波傳遞不需要中間介質(zhì)電磁波由輻射體內(nèi)熱能轉(zhuǎn)化而來(lái)若被其它表面吸收，會(huì)重新轉(zhuǎn)化為熱能，或可能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能（如太陽(yáng)能電池）描述熱輻射的規(guī)律，有多個(gè)定量公式（定律）ElectromagneticWavesorElectromagneticRadiation:representtheenergyemittedbymatterasaresultofthechangesintheelectronicconfigurationsoftheatomsormolecules.THERMALRADIATIONDifferenttypesofelectromagneticradiationareproducedthroughvariousmechanisms.Thetypeofelectromagneticradiationthatispertinenttoheattransferisthethermalradiationemittedasaresultofenergytransitionsofmolecules,atoms,andelectronsofasubstance.關(guān)于離開(kāi)物體表面輻射量的平均概念：輻射力：1、Basicconcepts:BlackBodyRealBody吸收率、反射率和透射率：表面輻射（無(wú)透射）：容積輻射：輻射力對(duì)應(yīng)熱流密度！基爾霍夫定律：有效輻射：投射輻射：2.MoresituationsweshouldtakeinconsiderationA.directionB.wavelength上述因素均對(duì)輻射和吸收有重要影響。Blackbodyradiationfunction：Planck’slaw投射輻射和有效輻射同樣對(duì)應(yīng)熱流密度！Wien’sdisplacementlawtotalblackbodyemissivepowerEb選擇：blackbodyradiationfunctionEXAMPLE1EmissionofRadiationfromaLightbulbThetemperatureofthefilamentofanincandescentlightbulbis2500K.Assumingthefilamenttobeablackbody,determinethefractionoftheradiantenergyemittedbythefilamentthatfallsinthevisiblerange.Also,determinethewavelengthatwhichtheemissionofradiationfromthefilamentpeaks.SOLUTIONThetemperatureofthefilamentofanincandescentlightbulbisgiven.Thefractionofvisibleradiationemittedbythefilamentandthewavelengthatwhichtheemissionpeaksaretobedetermined.AssumptionsThefilamentbehavesasablackbody.AnalysisThevisiblerangeoftheelectromagneticspectrumextendsfromT＝2500KTherefore,onlyabout5percentoftheradiationemittedbythefilamentofthelightbulbfallsinthevisiblerange.FromWien’sdisplacementlaw:Discussion:Theefficiencyisquitelow!RADIATIONINTENSITY

要點(diǎn)：輻射能在空間的方向性，區(qū)域大小簡(jiǎn)單的輻射力不能表達(dá)區(qū)域：立體角輻射強(qiáng)度思考和討論：如果將在半球空間上和所有波長(zhǎng)下的輻射強(qiáng)度加起來(lái)，等于什么？按輻射強(qiáng)度定義反過(guò)來(lái)看：顯然他是輻射力具體的：漫射體定義：輻射強(qiáng)度不隨方向改變的發(fā)射表面?；殷w定義：輻射強(qiáng)度不隨波長(zhǎng)改變的發(fā)射表面。黑體投射輻射強(qiáng)度定義這是一個(gè)攔截量顯然若發(fā)射投射的物體是漫射灰體表面同樣可有有效輻射：此處的需要考慮物體表面的本身輻射和反射輻射兩部分對(duì)漫灰體EXAMPLE2RadiationIncidentonaSmallSurfaceAsmallsurfaceofareaA1

＝3cm2emitsradiationasablackbodyatT1

＝600K.PartoftheradiationemittedbyA1strikesanothersmallsurfaceofareaA2

＝5cm2orientedasshowninFigurebelow.DeterminethesolidanglesubtendedbyA2whenviewedfromA1,andtherateatwhichradiationemittedbyA1thatstrikesA2.SOLUTION習(xí)題：12.112.312.5這是從1發(fā)射出的輻射能達(dá)到表面2上的能量！從1發(fā)射出的總能量為：因此，1發(fā)射的能量中只有2.74×10－4/2.2045×100％＝0.012％能夠落到2表面上！考慮兩個(gè)問(wèn)題：1.當(dāng)1表面不是黑體，是否可以用離開(kāi)此表面總的輻射能能量來(lái)表示？2.有多少比例的輻射能會(huì)到達(dá)指定表面？概念－角系數(shù)（TheViewFactor）：離開(kāi)一個(gè)物體表面的輻射能到達(dá)指定的另一個(gè)物體表面上的能量比例－稱(chēng)角系數(shù)。（攔截量?。┙鉀Q上述問(wèn)題后，會(huì)對(duì)這兩個(gè)表面之間的輻射換熱分析和計(jì)算提供基礎(chǔ)。離開(kāi)一個(gè)微小面積dAi的能量：j表面對(duì)i表面構(gòu)成的立體角為：因此在此立體角內(nèi)由i到j(luò)的輻射能：同樣地：由j

離開(kāi)的能量能夠達(dá)到i

表面上的輻射能為：各自的角系數(shù)：假設(shè)：兩個(gè)物體表面都是漫灰表面在上述假設(shè)下：微小面積dAi對(duì)有限大面積Aj的角系數(shù)為：有限大面積Ai對(duì)有限大面積Aj的角系數(shù)為：或：同樣可以得到：微小面積dAj對(duì)有限大面積Ai的角系數(shù)為：有限大面積Ai對(duì)有限大面積Aj的角系數(shù)為：至于角系數(shù)的計(jì)算及有哪些特征先放一下，以后予以討論，下面討論輻射物體表面的一些特征。發(fā)射率（emissivity）：1.黑體的發(fā)射率與方向、波長(zhǎng)、溫度無(wú)關(guān)2.實(shí)際物體表面的發(fā)射率：全波長(zhǎng)定向發(fā)射率：?jiǎn)紊肭虬l(fā)射率：全波長(zhǎng)半球發(fā)射率：當(dāng)我們?cè)诠こ躺嫌龅降拇蠖鄶?shù)漫射體輻射表面時(shí)，所采用的都是半球單色輻射率問(wèn)題。處理方法：Anexample：半球發(fā)射率可用法向的發(fā)射率近似替代半球發(fā)射率?；殷w表面發(fā)射率實(shí)際物體表面的發(fā)射率可以用平均值近似替代。一些物體表面法向發(fā)射率隨波長(zhǎng)的變化：一些物體表面全波長(zhǎng)發(fā)射率隨溫度的變化：EXAMPLE3EmissivityofaSurfaceandEmissivePowerThespectralemissivityfunctionofanopaquesurfaceat800Kisapproximatedas：Determinetheaverageemissivityofthesurfaceanditsemissivepower.SOLUTION吸收率（Absorptivity）,反射率（Reflectivity）,和透射率（Transmissivity）由能量守恒：對(duì)于非透明物體（指熱射線）考慮吸收、反射與方向、波長(zhǎng)的關(guān)系：其單色半球吸收率、反射率和透射率：平