第五章輻射換熱(RadiationHeat5.1輻射的基本概輻射——物體通過電熱輻射是由于物體微觀粒子的熱運(yùn)動狀態(tài)改變時(shí)，而將部分內(nèi)能轉(zhuǎn)變成電磁波的能量發(fā)射出去的過程。熱輻射的三大特可以在真空中能量形式在過程中發(fā)生了變一切物體只要溫度大于0K，就會不停地發(fā)射熱射線λ<0.38μm紫外線、X射線、γ射0.38<λ<0.76μm可見0.76<λ<1000μm紅外0.76<λ<4μm近紅4<λ<1000μm遠(yuǎn)紅λ>1000μm無線電熱輻射的波段5.1c：電磁波的速度：頻率 ：波長輻射的本質(zhì)極其過程除了用電磁波理論來說明外，有些現(xiàn)象還需進(jìn)一步用量子理論來解釋。即：輻射的本質(zhì)既具有波動性，又具有粒子性輻射的粒子性表明：輻射是離散的量子化能量是光子能量的過程光子的能量e與頻率的關(guān)系可以公式表示e＝hh＝6.63×10-5.1二、吸收率、反射率、投入輻射投入輻射:單位時(shí)間內(nèi)投射到內(nèi)的輻射能。GW/m2吸收比G

反射比

G透射比G透射比

5.1二、吸收率、反射率、物體的輻射特性，取決于物體的,,取決于物體的性質(zhì)，還與投射輻射能的固體和液體對輻射能的吸收和反射基本上屬于表面效應(yīng)：金屬的表面層厚度小于1m；絕大多數(shù)0,5.1二、吸收率、反射率、產(chǎn)生何種反射取決于物體表面的粗糙程度和投射輻射能的波長。5.1對于黑體：＝1鏡體或白體：＝1 Max1858-Germany187Max1858-Germany。1884年L.Boltzmann從理論上證實(shí)了上述定。1896年Wien位移定律 -Germany -Germany單單度基本定輻射力

W基本定單色輻射力(光譜輻射力

——單位時(shí)間、單位表面積，在某一特定波長下單位波長間隔向半球空間所有方向上發(fā)射的輻射能。

m3或

(m2m EbEb0Eb5.2黑體輻射的基本定黑體輻射的基本定律定 斯第芬-定律蘭定一、定揭示了黑體輻射能按波長的分布規(guī)律，給出了黑體單色(光)CEb, expC21T C3.7421016Wm2125.2二、(位移)定給出了單色(光譜)輻射力為最大值時(shí)的波長與溫度的關(guān) T2.898 （m三、斯第芬-定給出了黑體輻射力與溫度的關(guān)EbT5.67 5.2四、蘭定定向輻射強(qiáng)度——單位時(shí)間、單位角單位可見輻射積的輻射能量 微 角ddAcsinr25.2四、蘭定蘭定律——定向輻射強(qiáng)度與方向無關(guān)。給出了黑體輻能按空間分布的規(guī)律。5.2四、蘭定對服從蘭定律的輻射，可以得到dΦ數(shù)量不同，其數(shù)值正比于該方向與輻射表面法線方向夾角余，又蘭律余定律。定向輻射強(qiáng)度L與輻射力Eb cosd 5.2總黑體輻射能量按波長的分布服從定律，按空間方向的分布服從蘭定律；黑體的光譜輻射力有個(gè)峰值，與此峰值相對應(yīng)的波長恩位移定律確定隨溫的波向長短的方向移動。5.35.3qΦT4T4T

T2

TTT

與溫度的4次方之差成正比，在溫差一定時(shí)溫度的絕對5.4實(shí)際物體5.4實(shí)際物體輻射的特點(diǎn)實(shí)際物體的單色輻射力隨波長作無規(guī)黑度(發(fā)射率 —實(shí)際物體的輻射與同溫度下黑體的E

E EE E

0ET

Eb T

E

5.45.4實(shí)際物體輻射的特點(diǎn)實(shí)際物體的黑度(發(fā)射率)與溫度有關(guān)500℃5.45.4光滑表面定義定向黑度—實(shí)際物體定向輻射強(qiáng)度與同溫度下黑的定向輻射強(qiáng)度之比定律實(shí)際物體的定向輻射強(qiáng)度不遵從實(shí)際物體輻射的特點(diǎn)5.45.4實(shí)際物體輻射的特點(diǎn)對實(shí)際物體輻射特性的總結(jié)實(shí)際物體單色輻射力隨波長作無規(guī)則變化實(shí)際物體的輻射按空間分布不遵從定律黑度與材料種類表面狀況和溫度有關(guān)與外界無關(guān)5.45.4投入輻射—單位時(shí)間從外界投入到物體單位表面上的能量吸收率(吸收比)—物體對投入輻射能吸收的百分?jǐn)?shù)單色吸收率(光譜吸收率

物體對投入輻射某一特定波長的輻射能吸5.45.4實(shí)際物體的吸收率(比)與溫度有關(guān)實(shí)際物體的吸收率與材料的種類及本身的狀況有關(guān)實(shí)際物體的吸收率與投入輻射的波長有關(guān)，即與發(fā)出輻射的物體的性質(zhì)和溫度有關(guān)；顏色對非金屬材料的吸收率有一定的影響，尤其是對可見光的影響0.12漆對可見光的吸收率為0.96，兩者對紅外線的吸收率均為0.9。5.45.4灰體——單色（光譜）吸收率與波長無關(guān)的物體。理想模型吸收率只取決于本身的情況給處理工程實(shí)際問題帶來很大方便，誤差可接受 例子：實(shí)際物體與黑體間的輻射換熱EE

EEb定律—在熱平衡條件下，任何實(shí)際物體的輻射力與它對(等于同溫度下該物體的黑度)對于灰體:其單色吸收率與波要保證灰輻射是不是來自黑體，成立。溫度為310K的4個(gè)表面置于光的照射下，設(shè)此時(shí)各表面的光譜吸收比隨波長的變化如圖所示。試分析在計(jì)算與投入輻射G—單位時(shí)間投入到所研究表面單位面積上的輻射（Wm2本身輻E—在T和情況時(shí)間從所研究的表面積所發(fā)出的輻射能（Wm2有效輻射J—單位時(shí)間離開所研究表面單位面積上的輻射（Wm2JE1離開任意實(shí)際表面的熱流

ΦEb1兩無限大灰體間的輻射換熱熱流EE1J1J2(1-J1(1-11

112 第五第五章第一次作8-1、8-4、8-6、8-15、8-5.75.7角系數(shù)Xa,b—在兩表面間介質(zhì)是透明的情由一個(gè)漫射表面aba表面b表面的角系數(shù)。5.75.7角系數(shù)的性質(zhì)相對Xa,bAaXb,a完整X1,1X1,2X1,3X1,n可加

X1,2i

X2,1X2i5.75.7代數(shù)分析查5.75.7漫射表面間的角系X2,3l2l32X2,3A2A311l1l3X2X1,3A1A32X1,2l1l22X1,2A1A25.75.7bcadabcd

交叉線之和非交叉線之

5.75.721 215.85.8

1

2

求：Φ1,2

A1X1,2J1A2X2,1JEb1

A1X1,2J1J2

11

1勢的表面熱阻空間輻射熱阻表面2的表面熱5.85.8

1

2

求：

Eb1

11

J1

1J1

1

5.85.8 只有空間輻射熱阻，JEb。1

11

A112

A 1 A

Rt1

1

（相當(dāng)于無限大平板如果 2

A

1

A1

A1（室內(nèi)電爐子、熱電偶測溫5.8例：三個(gè)灰表面間的輻射換輻射換熱的強(qiáng)化與削弱問電暖器及電爐取暖問能熱水器問冬天問植物結(jié)霜問提高熱電偶測溫精度問例例已知一個(gè)正四面體，每面面積為2。其中兩個(gè)面為黑體，溫度分別為1200和500，另兩個(gè)面為黑度0.8的灰體并絕熱。求兩個(gè)黑體表面間的輻射換熱熱流及另兩個(gè)絕熱面的溫度。5.95.9mT2.9

m

能的能力，可看作同樣在上述波段內(nèi)5.95.9由于輻射能對波長具有選擇性，氣體不是氣體 體與固體輻射比較，有兩個(gè)特水蒸氣的光帶：5.9體與固體輻射比較，有兩個(gè)特當(dāng)輻射能投射到氣體表面上時(shí)并穿 體層時(shí)，不斷被吸 當(dāng)氣體對某一面輻射時(shí)實(shí)際上是整個(gè)氣體層中的氣體對該說明：氣體輻射除與本身的性質(zhì)有關(guān)外，還與氣體容積的形狀5.9二、氣體黑度g和吸收由于氣體的單色吸收率與波長有關(guān)系，因此，工程上關(guān)心的是氣體對某一固體壁區(qū)域的總輻射或體對固體壁面的輻射與吸收也即氣體對固體壁面輻射發(fā)射率g和對固體壁面輻射的吸收率 射線行程——指輻射能沒有被完全吸收時(shí)所走過的距離5.9二、氣體黑度g和吸收5.9射線行程——指輻射能沒有被完全吸收時(shí)所走過的距離當(dāng)量半球——半球內(nèi)的氣體具有與所研究的情況完全相同的溫度、壓力和成分時(shí)，該半球內(nèi)氣體對球心的輻射力等于所用L3.6用F

估算任意形狀氣體對整個(gè)包壁輻射的平均射線程5.95.9實(shí)驗(yàn)和分析氣體的黑度由氣體的溫度和沿途吸收性氣體分子數(shù)目共沿途吸收性氣體分子數(shù)目與射線行程和壓力有關(guān)因此gfTg,P,L5.9二、氣體黑度g和吸收目前常用的經(jīng)驗(yàn)公2CO2

222*222

OH對總壓力不為一個(gè)大氣壓時(shí)對總壓力不為一個(gè)大氣壓時(shí)g

*

*

對光 部分的修H2O

CO2

查5.9