第6章 热辐射基础ppt课件.ppt

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1、第六章热辐射基础§6-1热辐射的基本概念§6-2黑体辐射和吸收的基本性质§6-3实际物体的辐射和吸收2021/9/141§6-1热辐射的基本概念热辐射在机理上与导热、对流有根本的不同。导热与对流是由于物质微观粒子的热运量和物体的宏观运动所造成的能量转移。热辐射是由于物质的电磁运动所引起的能量的传递。（分子和原子振动的结果。）2021/9/142辐射是电磁波传递能量的现象。电磁辐射的波长范围很广，从长达数百米的无线电波到小于10-14米的宇宙射线。由于热的原因而产生的电磁辐射称为热辐射。热辐射为之间的波长部分。电磁波的波谱2021/9/143在工业上

2、所遇到的温度范围内（2000K以下），最感兴趣的是波长约从0.38μm到0.76μm的可见光和波长从可见光谱的红端之外延伸到1000μm的红外线。有时以波长25μm为界，又将红外线区分为近红外区和远红外区。电磁波的波谱2021/9/144只要物体的温度高于0K，物体总是不断地把热能变化辐射能，向外发出热辐射。同时，物体也不断地吸收周围物体投射到它上面的热辐射，并把吸收的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果。一个物体如果与另一个物体相互能够看得见，那么它们之间就会发生辐射热交换。而交换的辐射换热量不仅与两个物体的温度有关

3、，而且与物体的形状大小和相互位置有关，同时还与物体所处环境密切相关。2021/9/145当热辐射的能量投射到物体表面上时，会发生吸收、反射和穿透现象。若外界单位时间投射到单位物体表面上的总能量为G（即投入辐射），被物体吸收部分为G，被物体反射部分为G，穿透物体部分为G。按能量守恒定律有：GGGG或2021/9/146各部分百分数G/G、G/G、G/G分别称为该物体对投入辐射的吸收比、反射比和透射比，于是（1）对于固体和液体：当热辐射投射到固体或液体表面时，一部分被反射，其余部分在很薄的表面层内就吸收完了，所以可以把它们的吸收

4、和反射视为一个表面过程，因此固体和液体的热辐射是表面辐射。由于热射线不能穿过固体和液体，因此可认为透射比=0。固、液体：吸收能力大的物体其反射本领就小。2021/9/147（2）对于气体：当热辐射投射到气体时，气体对辐射能几乎没有反射能力，可认为反射比=0。气体对热射线的吸收和穿透是在空间中进行的，其自身的辐射也是在空间中完成的。因此气体的热辐射是容积辐射，其表面状况则无关紧要。由于不同物体的吸收比、反射比和透射比因具体条件不同差别很大，给热辐射的计算带来很大困难。为使问题简化，定义一些理想物体：①透射比τ=1的物体称为透明体。实际中完全的透明

5、体是不存在的，但在一定条件下，如玻璃材料对于可见光，或空气对于红外线，都可视为透明体。②反射比ρ=1物体称为白体（具有漫反射的表面）或镜体（具有镜反射的表面）。物体表面是漫反射还是镜反射，这要取决于物体表面相对于辐射波长的表面粗糙程度。2021/9/149当表面的不平整尺寸远小于投入辐射的波长时，形成镜面反射，此时入射角等于反射角。镜反射表面的自身辐射也是镜发射的。高度磨光的金属板会形成镜反射。当表面的不平整尺寸与投入辐射的波长同一量级时，形成漫反射。这时从某一方向投射到物体表面上的辐射向空间各方向反射出去。漫反射表面的自身辐射也是漫发射的。1

6、21=2对全波长范围的热辐射能完全镜反射或漫反射的实际物体不存在，绝大多数材料在工业温度范围（<2000K）内可近似于漫反射。2021/9/1410③吸收比=1的物体，称为绝对黑体，简称黑体。黑体将所有投射在它上面的一切波长和所有方向上的辐射能全部吸收，在所有物体之中，它吸收热辐射的能力最强。黑体可以用来作为比较实际物体发射辐射能的标准。处理实际物体辐射问题的思路就是：在研究黑体辐射的基础上，将实际物体的辐射与黑体辐射相比较，从中找出其与黑体辐射的偏离，然后确定必要的修正系数。2021/9/1411尽管自然界并不存在黑体，用人工方法可以制造出

7、十分接近于黑体的模型：选用吸收比小于1的材料制造一个空腔，并在空腔壁面上开一个小孔，再设法使空腔壁面保持均匀的温度。这时空腔上的小孔就具有黑体辐射特性：进入小孔的热射线，经过多次的吸收和反射，只有极小量的热射线能够从开孔处出来，相当于小孔的吸收比接近于1，即接近黑体。根据实验表明，若小孔占内壁面积小于0.6%，当内壁吸收比为0.6时，小孔的吸收比可大于0.996。2021/9/1412§6-2黑体辐射和吸收的基本性质1辐射力①总辐射力E辐射力也称全色辐射力，其定义为单位时间单位辐射面积向半球空间一切方向辐射出去的一切波长的辐射能量。记为E（W/m2

8、），表征了物体发射能力的大小。dQ为微元面积dA向半球空间辐射出去的总辐射能。2021/9/1413②单色辐射力单色辐射力