传热学课件第八章 热辐射的基本定律.ppt

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1、第八章热辐射的基本定律第一节基本概念第二节热辐射的基本定律作业第一节基本概念一、热辐射的本质和特点不同波长的电磁波投射到物体上产生的效应不同，波长=0.1～100m部分的电磁波是由于自身温度或热运动原因而产生的，它投射到物体上能产生热效应，称为热辐射。=0.1～0.38m为紫外线；=0.38～0.76m为可见光；=0.76～100m为红外线。其中=0.76～4m为近红外区，=4～100m常称为远红外线。常见的热辐射多集中在=0.38～20m波段间。第一节基本概念一、热辐射的本质和特点热辐射的特点为：1>.能在真空中传播；

2、2>.伴随着能量的转化：内能→电磁波→内能；3>.温度T>0K的物体均能发射热射线。结果热量由高温物体传递至低温物体，若物体发生热平衡，也是动态平衡。第一节基本概念二、吸收、反射和透射G+G+G=G令：=G/G=G/G=G/G则有：++=11.吸收率：=G/G表示总能量被物体吸收的份额；2.反射率：=G/G表示总能量被物体反射的份额；3.透射率：=G/G表示总能量被物体透射的份额；若能量为一特定波长的单色辐射，则有：++=1其中、、分别称为物体的单色吸收率、单色反射率、单色透射率。4.镜反

3、射：5.漫反射：6.黑体：=17.白体：=18.透明体：=1第一节基本概念三、辐射强度和辐射力1.空间立体角：=A/r2，单位：球面度（sr），整个半球：2。d给定方向rsinrdA1dA2dd1/cos=A1A1cos=1d=12.辐射强度I：在单位时间内，在给定的其辐射方向上，物体表面在与发射方向垂直的方向上的单位投影面积，在单位立体角内所发射的全波长辐射能。单位：W/m2·sr第一节基本概念或等价地写成：I=dI/d

4、=W/m2·sr·m4.辐射力E：单位时间内，单位面积的物体表面向半球空间所发射的全波

5、长总辐射能。单位：W/m25.单色辐射力E：在给定波长下的辐射力。单位：W/m2·m三、辐射强度和辐射力3.单色辐射强度I：在给定波长下的辐射强度。7.单色定向辐射力E，：在给定波长下的定向辐射力。单位为：W/m2·sr·m6.定向辐射力E：单位面积物体表面、在单位时间内、在某给定方向上、单位空间立体角内所发射的辐射能。单位为：W/m2·sr第一节基本概念1>.E=Icos或E=Icos（漫辐射表面）当在法线方向时=0，故有：En=In三、辐射强度和辐射力8.上述各物理量间的关系：第二节热辐射的基本定律一、普朗克（M

6、.Planck）定律描述黑体单色辐射力Eb与波长、绝对温度T间关系。第二节热辐射的基本定律从式中可知：=0或=∞时，Eb=0。其规律如图。上式常可写成：一、普朗克（M.Planck）定律第二节热辐射的基本定律二、维恩位移定律对于某一特定温度T，Eb有一峰值Eb,max，其对应的波长可记为：max，令Eb/=0，可得：max·T=2897.6m·K上式表明：任何温度下物体具有最大单色辐射力对应的波长max与T的乘积为常数。且随着T↑，max逐步向短波方向移动。当T=1400时，max=2.07，可见光所占能量部分仍极

7、少。第二节热辐射的基本定律积分后有：Eb=bT4W/m2式中：b=5.67×10-8W/m2·k4，为黑体辐射常数。为方便计算，上式常写成：三、斯蒂芬-玻尔兹曼定律式中：Cb=5.67W/m2·k4，为黑体辐射系数。第二节热辐射的基本定律用Fb（0-T）表示由0至黑体波段的能量占总能量的份额，则：从上式知，只要T确定，则可得Fb（0-T），其关系式由表8-1可查得。而Fb（1T-2T）=Fb（0-2T）-Fb（0-1T），故任何波段1～2黑体中的能量占总辐射能的份额即可求出。四、波段能量份额计算工程有时需计算在某温度T下某一

8、波段的能量份额。第二节热辐射的基本定律①漫反射表面：射线投在表面时，反射能均布在各个方向。②漫辐射表面：辐射物体能朝半球空间辐射出各个方向相等的辐射强度的表面。③对任一漫表面均有：I1=I2=I3=……=Ii=……=In于是有：E=Icos=Incos=Encos以上两式均是兰贝特余弦定律的表达式。表明漫辐射表面朝半球空间各个方向的辐射强度相等，其定向辐射力等于物体表面法线方向上的定向辐射力乘以两者夹角的余弦。五、兰贝特余弦定律1.定律：第二节热辐射的基本定律积分后有：E=I结论：漫辐射表面的辐射力是任意方向上辐射强度的倍。3

9、.定律的适用范围：仅适用于漫辐射表面。五、兰贝特余弦定律2.漫辐射表面辐射力E与辐射强度I的关系据定义：据空间立体角的定义