《(最新)[传热学]第七章-热辐射基本定律-1》.ppt

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1、第七章热辐射基本定律及物体的辐射特性§7-1热辐射的基本概念§7-2黑体辐射基本定律§7-3实际固体和液体的辐射特性§7-4实际物体的吸收比与基尔霍夫定律§7-1热辐射的基本概念热辐射的应用：（1）辐射采暖；（2）辐射干燥；（3）辐射测温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。一般工程上所指的热辐射包括可见光、部分紫外线和红外线。10-510-410-310-210-1110102103104105/m可见光X射线射线紫外线红外线无线电波热辐射0热辐射在机理上与导热和对

2、流的区别：（1）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。热辐射是一种电磁波，是各类物质的固有特性，是由于物质的电磁运动所引起的能量的传递；（2）无需媒介；（3）是一种表面现象。辐射是离暴露表面约1m距离内的分子发射出的，辐射随表面性质不同而不同；热辐射在机理上与导热和对流的区别：（4）与温度有关。同一物体表面在不同的温度下，其辐射力不同；（5）辐射换热过程中伴随有能量形式的两次转化内能电磁能内能（6）是一种特殊电磁波。其波长、波速与频率之间存在有如下关系其中：为波长；f为频率；c为波速,C=2.998108m/s注意：（1）只要物体的温度高于0K

3、，物体总是不断地把热能变化辐射能，向外发出热辐射。（2）物体在对外发出热辐射的同时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。辐射换热是指物体之间相互辐射和吸收的总效果。§7-1-2吸收、反射和透射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。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。若外界投射到物体表面上的总能量为Q，一部分Q被物体吸收，一部分Q被物体反射，一部分Q穿透物体。按能量守恒定律有：QQQQ或各部分百分数Q/Q、Q/Q、Q/Q分别称为该物体对投入辐射的吸收比(率)、反射比（率）

4、和透射比（率），记为、和。于是热射线不能穿过固体和液体，因此固体和液体上的热辐射是表面辐射。当辐射能进入固体或液体表面后，在一个极短的距离内就吸收完了。故对于固体和液体有上式表明，对固体和液体而言，吸收能力大的物体其反射本领就小。辐射能投射到气体上时，情况与投射到固体或液体上不同。气体对辐射能几乎没有反射能力，可以认为反射比=0，故有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。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，定义了一些理想物体。几种特殊情况：(1)镜

5、反射。当表面的不平整尺寸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。高度磨光的金属板会形成镜面反射。121=2(2)漫反射。反射能均匀地分布在物体表面的各个方向上。当表面的不平整尺寸大于投入辐射的波长时一般形成漫反射。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。注：物体表面是漫反射还是镜反射取决于物体表面相对于辐射波长的表面粗糙程度。(3)全反射。ρ=1。外来的射线在物体表面被全部反射出去。全反射表面物体称为白体（具有漫反射的表面）或镜体（具有镜反射的表面）。(4)透明体。外来射线能全部穿过的物体。此时透射比（率）τ=1(5)黑体（全吸收）。外部

6、热辐射能被其全部吸收的物体。此时吸收比=1。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。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的特性。研究发现，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。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，因此在所有物体之中，它吸收热辐射的能力最强。由于热辐射包含了一个波长范围，因此其辐射的强弱随波长而变化。光谱能反映这种依赖关系。一般而言，对于某一波长下的辐射（称为单色辐射），同样存在、

7、、是物体表面的辐射特性，和物体的性质、温度和表面状况有关。§7-1-3辐射力和辐射强度1辐射力①总辐射力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辐射出去的一切波长的辐射能量。E为辐射力，其单位为W/m2；dQ为微元面积dA向半球空间辐射出去的总辐射能。②单色辐射力单色辐射力被定义为单位时间单位辐射面积向半球空间辐射出去的某一波长范围的辐射能量，用来描述辐射能量随波长的分布特征。Eλ为物体表面的单色辐射力；dQλ为微元面积dA向半球空间辐射出去的