传热学第四版第8章课件.ppt

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1、传热学第八章热辐射基本定律及物体的辐射特性课件制作：尹华杰8-1热辐射现象的基本概念热辐射的定义及区别于导热对流的特点热辐射定义由于热的原因而产生的电磁波辐射热辐射产生的条件及辐射与吸收的统一性热辐射产生的条件热的电磁波是物体内部微观粒子的热运动状态改变时激发出来的。只要物体的温度高于“绝对零度”，物体总是不断地把热能变为辐射能，向外发出热辐射8-1热辐射现象的基本概念热辐射的定义及区别于导热对流的特点热辐射产生的条件及辐射与吸收的统一性辐射与吸收的统一性物体在辐射的同时，亦不断地吸收周围物体投射到它上面的热辐射，并把吸收的热辐射能重新转变成热能。辐射换热就是指物体之间相互辐射和吸收的总效

2、果。当物体与环境处于热平衡时，其表面上的热辐射仍在不停地进行，但其辐射换热量等于零8-1热辐射现象的基本概念热辐射的定义及区别于导热对流的特点热辐射传热与对流、导热传热的区别的两个特点热辐射的能量传递不需要其他介质存在，而且在真空中传递的效率最高在物体发射与吸收辐射能量的过程中发生了电磁能与热能两种能量形式的转换8-1热辐射现象的基本概念从电磁波的角度描述热辐射的特性电磁波的速率、波长和频率的关系c=fλ式中：c—电磁波的传播速率，在真空中c=3×108m/s在大气中的传播速率略低于此值；f—频率，s-1；λ—波长，单位为m，常用单位为μm（微米），1μm=10-6m工业所遇到的温度范围：＜2

3、000K8-1热辐射现象的基本概念电磁波的波谱＜2000K时有实际意义的辐射波长范围是：0.38～100μm多数能量位于红外区段：0.76～20μm可见光区段：0.38～0.76μm，热辐射能量的比重不大8-1热辐射现象的基本概念从电磁波的角度描述热辐射的特性太阳的温度约5800K，主要能量集中在0.2～2μm的波长范围，可见光占有很大比重包括太阳光的热辐射范围：0.1～100μm近红外线：波长＜25μm远红外线：波长＞25μm微波波长在1mm～1m的电磁波可穿透塑料、玻璃及陶瓷制品，会被像水一样的具有极性分子的物体吸收，在物体内部产生内热源，从而使物体比较均匀地得到加热。微波炉就是这一原理

4、的产品8-1热辐射现象的基本概念从电磁波的角度描述热辐射的特性吸收比、反射比和穿透比的定义热辐射总能量一部分吸收Qα，一部分反射Qρ，一部分穿透Qτ吸收比、反射比和穿透比的定义8-1热辐射现象的基本概念从电磁波的角度描述热辐射的特性固体或液体情况下对固体或液体，辐射能在极短的距离内就被吸收完了，可认为τ=0。金属导体的这一距离为1μm的数量级，大多数非导电材料，这一距离小于1μm气体情况下反射能力很小，可以认为ρ=0镜面反射当表面的粗糙度较小，表面不平整尺寸小于投入辐射的波长时，入射角等于反射角nθθ8-1热辐射现象的基本概念从电磁波的角度描述热辐射的特性漫反射当表面不平整尺寸大于投入辐射的

5、波长时，从某一方向投射到物体表面的辐射向空间各个方向反射出去。一般工程材料的表面都形成漫反射表面状况的影响对固体和液体，吸收和反射均在表面进行，表面的粗糙度影响很大。而气体的辐射主要是在容积内进行，表面状况无关紧要8-1热辐射现象的基本概念黑体模型及其重要性α=1的物体称为绝对黑体ρ=1的物体称为镜体τ=1的物体称为绝对透明体漫反射的物体称为绝对白体光谱吸收比与波长无关的物体称为灰体黑体模型带小孔的温度均匀的空腔8-1热辐射现象的基本概念黑体模型及其重要性黑体模型的重要性在相同温度的物体中，黑体的辐射能力最大在研究了黑体辐射的基础上，将其他物体的辐射和黑体比较，从中找出其与黑体辐射的偏离，然

6、后确定必要的修正系数8-2黑体热辐射的基本定律辐射力E单位时间内物体的单位表面积向半球空间所有方向发射出去的全部波长的辐射能的总量。单位是W/m2辐射力表征物体发射辐射能本领的大小光谱辐射力Eλ单位时间内物体单位表面积向半球空间所有方向发射出去的包含波长为λ的单位波长范围内的辐射能。其单位是W/m3右图给出了光谱辐射力与波长、温度的关系8-2黑体热辐射的基本定律辐射力与光谱辐射力间的关系式黑体辐射力和光谱辐射力的表示黑体辐射力Eb光谱辐射力Ebλ黑体辐射的基本定律普朗克（Planck）定律斯忒藩-玻耳兹曼定律兰贝特（Lambert）定律8-2黑体热辐射的基本定律普朗克（Planck）定律揭示了

7、黑体辐射能按照波长的分布规律，它给出了黑体光谱辐射力Ebλ与波长和温度的关系。根据量子理论得到如下数学表达式：8-2黑体热辐射的基本定律维恩（Wien）位移定律普朗克定律对λ求导，求其λ的最大值，可得维恩关于光谱辐射力的最大波长λm与温度T之间的关系式：斯忒藩-波耳兹曼定律8-2黑体热辐射的基本定律黑体在波长λ1至λ2区段所发射出的辐射能黑体辐射力百分数8-2黑体热辐射的基本定律黑体辐射函数在给定