《辐射换热》PPT课件

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1、第12章辐射换热12.1热辐射的基本概念主要从宏观的角度介绍热辐射的基本概念、基本定律以及辐射换热的计算方法。12.1.1吸收、反射与透射投入辐射:单位时间内投射到单位面积物体表面上的全波长范围内的辐射能。Gw/m2反射辐射:Gw/m2吸收辐射:Gw/m2透射辐射:Gw/m2吸收比反射比透射比根据能量守恒，如果投入辐射是某一波长的辐射能G，则光谱吸收比光谱反射比光谱透射比注意两点：（1）属于物体的辐射特性，取决于物体的种类、温度和表面状况，是波长的函数。不仅取决于物体的性质，还与投射辐射能的波长分布有关。（2）固体和液体对辐射能的吸收和反射基本上属于表面效应。镜反射与漫反射：产生何

2、种反射决于物体表面的粗糙尺度和投射辐射能的波长。(a)镜反射(b)漫反射绝大数工程材料对热辐射的发射都近似漫发射。12.1.2灰体与黑体灰体：光谱辐射特性不随波长而变化的假想物体，即分别等于常数。工程常见的温度范围（≤2000K)内，，一般工程材料的光谱吸收比基本与波长无关，所以工业上的辐射传热计算一般都按灰体处理。注意：黑体、白体与黑色、白色物体的区别。吸收比=1的物体，简称黑体。黑体和灰体一样，是一种理想物体。人工黑体模型镜体（白体）：=1绝对透明体：=1绝对黑体：白天从远处看房屋的窗户有黑洞洞的感觉雪对可见光是良好的反射体，对肉眼是白色的，但对红外线几乎能全部吸收12.1.3辐射

3、强度辐射强度说明物体表面在空间某个方向上发射辐射能的多少。立体角：半径为r的球面上面积A与球心所对应的空间角度。单位为Sr（球面度），半球空间立体角为2sr立体角在球面上所围的面积与半径的平方成正比。（，）方向上的微元面积dA2对球心所占的微元立体角dφrsinθ辐射强度：单位时间内从单位投影面积（可见面积）所发出的包含在单位立体角内的辐射能。称为dA1在（，）方向的辐射强度，或称为定向辐射强度，单位是W/(m2Sr)。辐射强度的大小不仅取决于物体种类、表面性质、温度，还与方向有关。对于各向同性的物体表面，辐射强度与经度角无关,对某一波长辐射能而言的辐射强度。光谱辐射强度：辐射

4、强度与光谱辐射强度之间的关系光谱辐射强度的单位为W/(m3Sr)或W/(m2mSr)。12.1.4辐射力在单位时间内，每单位面积表面向其上半球空间发射的全部波长的辐射能。用E表示，单位为W/m2。光谱辐射力：某一波长辐射能的辐射力用E表示，单位为W/m3。辐射力与光谱辐射力之间的关系定向辐射力：在单位时间内，单位面积表面向某方向发射的单位立体角内的辐射能。用E表示，单位为W/(m2sr)。定向辐射力与辐射力之间的关系：定向辐射力与辐射强度之间的关系：辐射力与辐射强度之间的关系：12.2黑体辐射的基本定律1.普朗克（M.Planck）定律2.斯忒藩—玻耳兹曼(Stefan-Bol

5、tzmann)定律3.兰贝特（Lambert）定律12.2.1普朗克定律C1=3.743×10-16Wm2;C2=1.439×10-2mK。特点：（1）温度愈高，同一波长下的光谱辐射力愈大；（2）在一定的温度下，黑体的光谱辐射力在某一波长下具有最大值；（3）随着温度的升高，Eb取得最大值的波长max愈来愈小，即在坐标中的位置向短波方向移动。维恩（Wien）位移定律:太阳表面温度约为5800K，由上式可求得max=0.5m，位于可见光范围内，可见光占太阳辐射能的份额约为44.6%。对于2000K温度下黑体,可求得max=1.45m，位于红外线范围内。12.2.2斯忒藩—玻耳兹

6、曼定律斯忒藩—玻耳兹曼定律表达式：式中=5.67×10-8W/(m2K4)，称为斯忒藩—玻耳兹曼常数，又称为黑体辐射常数。（四次方定律）斯忒藩—玻耳兹曼定律表达式可直接由下式导出：波段辐射力波段辐射力占黑体辐射力Eb的百分数根据普朗克定律表达式，利用黑体辐射函数数值表(p241表12-1)可以很容易地用下式计算黑体在某一温度下发射的任意波段的辐射能量。称为黑体辐射函数，表示温度为T的黑体所发射的辐射能中在波段（0～）内的辐射能所占的百分数。12.2.3兰贝特定律兰贝特定律:黑体的辐射强度与方向无关，半球空间各方向上的辐射强度都相等。漫发射体：空间各个方向上辐射强度都相等的物体。根据定向

7、辐射力与辐射强度的关系En为表面法线方向的定向辐射力。兰贝特定律也称为余弦定律。根据辐射力与辐射强度的关系可求得12.3实际物体的辐射特性与基尔霍夫定律12.3.1实际物体的发射特性发射率（黑度）：发射率反映了物体发射辐射能的能力的大小。光谱发射率（光谱黑度）：发射率与光谱发射率之间的关系为对于灰体，＝常数，同温度在工程计算中，实际物体的辐射力可以由下式计算实际物体的辐射力并不严格遵循四次方定律，所存在的