C8-9热辐射基本定律及物体的辐射特性

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1、第八章热辐射基本定律及物体的辐射特性本章首先从电磁辐射的观点来认识热辐射的本质及辐射能传递过程的一些特性，然后着重讨论热辐射的几个基本定律，最后介绍实际物体的辐射特性，以便为下一章讨论辐射换热的计算打下基础。本章的特点是基本概念较多。高鹏10.5.26传热学HeatTransfer§8-1热辐射的基本概念一、辐射及热辐射辐射是物体通过电磁波传递能量的现象。辐射有很多种形式，它们的区别是导致发射电磁波的激励方式不同，而外在表现是辐射的波长不一样，以及吸收该辐射能量后引起的效应不同。热辐射是物体由于热的原因所产生的辐射。它的作用：物体吸收辐射能后将其转变成自身的内能。波长

2、范围：0.1~100μm高鹏10.5.26传热学HeatTransfer高鹏10.5.26传热学HeatTransfer可见光的波长范围：0.38~0.76μm紫蓝青绿黄橙赤高鹏10.5.26传热学HeatTransfer二、辐射与导热、对流的区别传递方式不同导热和对流需要媒介，辐射换热不需要中间介质。2.辐射换热过程存在能量形式的转换热能→电磁能电磁能→热能3.辐射表面具有方向性和选择性辐射换热属于表面的物理过程，在换热表面的不同方向强度不一定相同，且与波长分布有关。高鹏10.5.26传热学HeatTransfer三、吸收、反射和透射周围物体在单位时间内投射到物体单

3、位表面积上的辐射能。用G表示，单位W/m2。1、投射辐射被物体吸收、反射和透射的部分所占总投射辐射的份额分别称为吸收比、反射比和透射比。2、吸收比、反射比和透射比高鹏10.5.26传热学HeatTransfer视物体表面状况（平整程度）和投入辐射的波长，表面的反射又分为镜反射和漫反射。3、镜反射和漫反射漫反射是把来自任意方向、任意波长的投入辐射以均匀的强度（不是“能量”）反射到半球空间所有方向上去。(a)镜反射(b)漫反射注：除了经特殊处理的金属表面，大部分工程材料均可视为漫射表面。高鹏10.5.26传热学HeatTransfer吸收比=1的物体称为黑体。4、

4、黑体、白体和透明体黑体、白体和透明体都是理想物体，自然界中并不存在，主要用它们作为研究辐射规律的参照物。特别是黑体的概念，是整个热辐射研究和工程应用的理论基础。反射比=1的物体称为白体（或镜体）。透射比=1的物体称之为透明体。高鹏10.5.26传热学HeatTransfer对于某一特定波长下的辐射称为光谱辐射或单色辐射。5、光谱辐射（单色辐射）对光谱辐射相应有光谱吸收比、光谱反射比和光谱透射比。高鹏10.5.26传热学HeatTransfer关于物体的颜色我们所看到的物体颜色是由于从该表面发出的单色光线（辐射）投入到了我们的眼睛。而从表面发出的辐射可能是自身发射的

5、，也可能是反射投入其表面上的可见光。高鹏10.5.26传热学HeatTransfer三、辐射力与辐射强度1、光谱辐射力在单位时间内物体单位面积上向半球空间所有方向发射的从到+d波长的辐射能称为光谱辐射力，用符号E表示，单位为W/m3。2、辐射力在单位时间内物体单位面积上向半球空间所有方向发射的全部波长范围内的辐射能称为辐射力，用符号E表示，单位为W/m2。高鹏10.5.26传热学HeatTransfer3、定向辐射强度与定向辐射力定向辐射强度与定向辐射力都是表示辐射在空间方向上的分布情况。介绍它们之前，先介绍几个的名词。(1)立体角立体角是指球面上的面积与球心

6、所对应的空间角度。立体角的单位叫球面度，用Sr表示。高鹏10.5.26传热学HeatTransfer右图中微元面积dA2对球心所张的微元立体角为：(2)可见辐射面积可见辐射面积是指从空间某方向所看到的表面有效面积。如右图中的可见辐射面积为：高鹏10.5.26传热学HeatTransfer(3)定向辐射强度是指单位时间内在空间指定方向的单位立体角内离开表面单位看见辐射面积的全波段辐射能量。用符号表示。可见辐射面积如果仅考虑某特定波长的辐射，那么相应的量被称为定向光谱辐射强度。高鹏10.5.26传热学HeatTransfer因此可得：(4)定向辐射力是指单位时间、单位辐射

7、面积向空间指定方向所在的单位立体角内发射的全波段辐射能量。用符号表示。高鹏10.5.26传热学HeatTransfer§8-2黑体辐射的基本定律一、黑体与黑体模型黑体是吸收比等于1的理想物体。它具有同温度下辐射能力最大的性质。尽管在自然界并不存在黑体，但用人工的方法可以制造出十分接近于黑体的模型。如：空腔上的小孔。高鹏10.5.26传热学HeatTransfer空腔内壁的温度应均匀，小孔的面积占总面积尽量小。小孔内表面实际的吸收比对此影响不大。图中应是漫反射。高鹏10.5.26传热学HeatTransfer二、普朗克定律黑体辐射的基本规律可以归结为三