第7章-热辐射的基本定律.ppt

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1、传热学第七章热辐射基本定律及辐射特性7.1热辐射现象的基本概念7.1.1热辐射的定义和特点１、基本概念辐射：物体通过电磁波来传递能量的方式。热辐射:由于热的原因而产生的电磁波辐射称为热辐射。辐射传热:物体之间相互辐射和吸收的总效果。２、特点①不需要物体直接接触。热辐射不需中间介质，可以在真空中传递，而且在真空中辐射能的传递最有效。②在辐射换热过程中，不仅有能量的转换，而且伴随有能量形式的转化。辐射：辐射体内热能→辐射能；吸收：辐射能→受射体内热能③只要温度大于零就有能量辐射。不仅高温物体向低温物体辐射热能，而且低温物体向高温物体辐射热能。④物体的

2、辐射能力与其温度性质有关，与绝对温度的四次方成正比。7.1.2从电磁波的角度描述热辐射的特性电磁波的传播速度：C=fλ式中：f—频率，s-1;λ—波长，μm1、传播速率与波长、频率间的关系2、电磁波的波谱热辐射：λ＝0.1～100μm，包括可见光线、部分紫外线和红外线0.38图7-1电磁辐射波谱0.76红外辐射的应用以波长25μm为界，分为近红外线和远红外线远红外线加热技术的应用微波：λ＝1mm～1mλ>1m的电磁波广泛应用于无线电技术中。当热辐射投射到物件上时，遵循着可见光的规律，其中部分被物体吸收，部分被反射，其余则透过物体。3.物体表面对电磁波

3、的作用物体对热辐射的吸收反射和穿透（1）吸收比、反射比和穿透比之间的一般关系吸收比反射比穿透比对于大多数的固体和液体：对于不含颗粒的气体：固体和液体对投入辐射的吸收和反射特性，具有在物体表面上进行的特点，而不涉及物体内部。气体的辐射和吸收在整个气体容积中进行，表面状况无关紧要。（2）固体表面的两种反射镜面反射：入射角=反射角，表面粗糙度<波长漫反射：表面粗糙度>波长一般工程材料均形成漫反射。图7-4漫反射图7-3镜反射为研究辐射特性可提出以下理想辐射模型：黑体：α=1ρ=0τ=0；白体：α=0ρ=1τ=0；透明体:α=0ρ=0τ=1自然界和工程应用中

4、，完全符合理想要求的黑体、白体和透明体虽然并不存在，但和它们根相象的物体却是有的。例如，煤炭的吸收比达到0.96，磨光的金子反射比几乎等于0.98，而常温下空气对热射线呈现透明的性质。7.1.3黑体模型及其重要性具有一个小孔的等温空腔表面，若有外部投射辐射从小孔进入空腔内，必将在其内表面经历无数次的吸收和反射，最后能够从小孔重新选出去的辐射能量必定微乎其微。认为几乎全部入射能量都被空腔吸收殆尽。从这个意义上讲，小孔非常接近黑体的性质。黑体具有最大的吸收力(α=1)，同时亦具有最大的辐射力(ε=1)。在实际物体中不存在绝对黑体，为此引出人工黑体，如图所

5、示。热辐射能量的表示方法7.2黑体热辐射的基本定律光谱辐射力Eλ：单位时间内单位表面积向其上的半球空间的所有方向辐射出去的包含波长λ在内的单位波长内的能量称为光谱辐射力(W/m2m)。辐射力E：单位时间内，物体的单位表面积向半球空间发射的所有波长的能量总和(W/m2)。从总体上表征物体发射辐射能本领的大小。E、Eλ关系:显然，E和Eλ之间具有如下关系：黑体一般采用下标b表示，如黑体的辐射力为Eb，黑体的光谱辐射力为Ebλ7.2.1Stefan-Boltzmann定律式中，σ=5.67×10-8w/(m2K4)，Stefan-Boltzmann常数。

6、c0＝5.67w/(m2K4)，黑体辐射系数描述了黑体辐射力随表面温度的变化规律。1879年Stefan实验，1884年Boltzman热力学理论得出；将Plank’sLaw积分即得。式中，λ—波长，m；T—黑体温度，K；c1—第一辐射常数，3.7419×10-16Wm2；c2—第二辐射常数，1.4388×10-2WK；7.2.2普朗克定律(1900年）描述了黑体光谱辐射力随波长及温度的变化规律。Planck定律的图示黑体光谱辐射力随波长和温度的依变关系λm与T的关系由Wien位移定律给出：维恩位移定律的发现在普朗克定律之前，但可以通过将普朗克

7、定律对λ求导并使其等于零得到。维恩Wien位移定律（1893热力学理论得出）普朗克定律与Stefan-Boltzmann定律的关系【解】应用Wien位移定律T=2000K时max=2.910-3/2000=1.45mT=5800K时max=2.910-3/5800=0.50m常见物体最大辐射力对应的波长在红外线区太阳辐射最大辐射力对应的波长在可见光区【例】试分别计算温度为2000K和5800K的黑体的最大光谱辐射力所对应的波长。在实际中，有时需求出某一特定波长的辐射能量。如图中的在1和2之间的线下面积。黑体在波长λ1和λ2区段内所发射

8、的辐射力：特定波长区段内的黑体辐射力黑体辐射按波段的分布黑体辐射函数通常把波段区间的辐射能表示为同温度下黑体