材料科学基础--热工设备课件(.ppt

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1、第三章传热学第一节概述第二节热传导第三节对流传热第四节热辐射第五节传热过程与换热器10/7/20211第三章传热学第四节热辐射10/7/20212第三章传热学—第四节热辐射4.1热辐射的基本概念4.2黑体辐射的基本定律4.3实际固体和液体的辐射特性4.4实际固体的吸收比和基尔霍夫定律4.5角系数的定义、性质及计算4.6两固体表面间的辐射换热4.7辐射换热的强化与削弱4.8气体辐射10/7/202134.1热辐射的基本概念１.定义：辐射：物体通过电磁波来传递能量的过程。热辐射：物体由于热的原因以电磁波的形式向外发射能量懂的过程。２.特点a任何物体只要温度高于0K，就会不停地向

2、周围空间发出热辐射；10/7/202144.1热辐射的基本概念10/7/202154.1热辐射的基本概念２.特点b不需要介质，可以在真空中传播；c伴随能量形式的转变d具有强烈的方向性e辐射能与温度和波长均有关；10/7/202163.物体对热辐射的吸收、反射和穿透吸收率absorptivity透过率transmissivity反射率reflectivity4.1热辐射的基本概念10/7/20217对于大多数的固体和液体：对于不含颗粒的气体：对于黑体：镜体或白体：透明体：4.1热辐射的基本概念10/7/20218反射又分镜反射和漫反射两种镜反射漫反射4.1热辐射的基本概念10

3、/7/202194.透热体、白体与黑体黑体：能全部吸收辐射能的物体α=1；白体：能全部反射辐射能的物体ρ=1；透热体：能全部透过辐射能的物体τ=1；灰体：能以相同的吸收率α，吸收全部波长辐射能的物体。工业上，多数物体都可近似视为灰体4.1热辐射的基本概念10/7/2021101.黑体概念黑体：是指能吸收投入到其面上的所有热辐射能的物体，是一种科学假想的物体，现实生活中是不存在的。但却可以人工制造出近似的人工黑体。黑体模型4.2黑体辐射的基本定律10/7/202111（１）辐射力E(W/m2)：单位时间内，物体单位表面积向半球空间发射的所有波长的能量总和。2.热辐射能量的表示

4、方法4.2黑体辐射的基本定律10/7/202112（２）单色辐射力Eλ(W/m3)：单位时间内，单位波长范围内(包含某一给定波长)，物体单位表面积向半球空间发射的能量。4.2黑体辐射的基本定律10/7/202113E、Eλ关系:黑体一般采用下标b表示，如黑体的辐射力为Eb，黑体的单色辐射力为Ebλ4.2黑体辐射的基本定律10/7/202114微元立体角（３）方向辐射力Eφ(W/m2Sr)：方向辐射力是定义来描述物体表面辐射能量在半球空间中的分布特征，其定义为单位时间单位辐射面积向半球空间中某一个方向上单位立体角内辐射的所有波长的辐射能量。4.2黑体辐射的基本定律10/7/2

5、02115球面面积除以球半径的平方称为立体角，单位：sr(球面度)。立体角定义：4.2黑体辐射的基本定律10/7/202116定义：单位时间内，物体在垂直发射方向单位面积上，在单位立体角内发射的一切波长的能量。（４）定向辐射强度Ｉ：4.2黑体辐射的基本定律10/7/2021173.黑体辐射的基本定律及相关性质(1)斯蒂芬stefan—波尔兹曼Boltzmann定律Eb——绝对黑体辐射力，W/m2；T——黑体的热力学温度K，σ——玻耳兹曼常数（黑体辐射常数），其值为5.67×10-8W/m2.k4。4.2黑体辐射的基本定律10/7/2021183.黑体辐射的基本定律及相关性

6、质(1)斯蒂芬stefan—波尔兹曼Boltzmann定律Cb为黑体的辐射系数，其数值为5.669W/m2.K4黑体的辐射能力与热力学温度的四次方成正比——四次方定律4.2黑体辐射的基本定律10/7/2021193.黑体辐射的基本定律及相关性质(1)斯蒂芬stefan—波尔兹曼Boltzmann定律黑度ε：同一温度下，实际物体与黑体的辐射能力之比。只与物体本身的情况有关，与外界的情况无关，实验测定。4.2黑体辐射的基本定律10/7/202120式中，λ—波长，m；T—黑体温度，K；c1—第一辐射常数，3.742×10-16Wm2；c2—第二辐射常数，1.4388×10-2

7、ｍK；(2)Planck定律(第一个定律)：黑体单色辐射力3.黑体辐射的基本定律及相关性质4.2黑体辐射的基本定律10/7/202121Planck定律的图示4.2黑体辐射的基本定律10/7/202122（3）Wien位移定律(第二个定律)反映出黑体温度越高其单色辐射力最大值所对应的波长越短的黑体辐射特征，也就是黑体温度越高能量分布就越向波长短方向集中的特征。4.2黑体辐射的基本定律10/7/202123(4)Stefan-Boltzmann定律(第三个定律)：式中，σ=5.67×10-8w/(m2K4)，是S