热辐射的基本定律.ppt

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1、主讲教师：李志生广东工业大学土木与交通工程学院传热学（第五版）HeatTransfer1第8章热辐射的基本定律本章主要内容1、基本概念2、热辐射的基本定律3第一节基本概念1-1热辐射的本质和特点热辐射：物体通过发射电磁波传递热量热射线：λ=0.1~100μm，包括可见光、部分紫外线和红外线，投射到物体上能产生热效应。4第一节基本概念5热辐射的特点：（1）所有温度大于0K的物体都具有辐射能力，温度越高，辐射能力越强。（2）热辐射不依靠中间介质，可以在真空中传播。（3）物体间以热辐射方式进行的热量传递是双向的，并且伴随着能量形式的转换。61-2吸收

2、、反射和透射当热辐射投射到物体表面上时，一般会发生三种现象，即吸收、反射和穿透，如图所示。图8-2热射线的吸收、反射和透射7吸收率(吸收比)反射率(反射比)透射率(透射比)8黑体：物体能吸收全部的外来射线，α=1白体：物体能反射全部外来射线，ρ=1透明体：物体能被外来射线所全部透射，τ=1对于固体、液体：可认为τ=0，α＋ρ＝1对于气体：可认为ρ=0，α＋τ＝191-3辐射强度和辐射力辐射能的分布按空间方向分布按波长分布一、定向辐射强度立体角：空间角度。单位为sr（球面度）。以立体角的角端为中心，作半径为r的半球，将半球表面上被立体角所切割的面

3、积A除以半径的平方r2，即得到立体角的量度：半球的立体角ω＝2π10微元立体角图8-3adA1上某点对dA2所张的立体角图8-3b定向辐射强度面积dA=长x宽11定向辐射强度(简称辐射强度）：在某给定辐射方向上，单位时间、单位可见辐射面积、在单位立体角内所发射全部波长的能量。所谓可见辐射面积，是指站在给定辐射方向上所看到的（？）发射辐射能物体的表面积。单位：W/(m2.sr)12光谱定向辐射强度（单色辐射强度）：在某给定辐射方向上，单位时间、单位可见辐射面积，在波长附近的单位波长间隔内，单位立体角所发射的能量，称为光谱定向辐射强度，又称为单色定

4、向辐射强度。单位：W/(m2.sr.μm)光谱定向辐射强度和定向辐射强度的关系13二、辐射力定向辐射力：在某给定辐射方向上，单位时间内，物体单位辐射面积、在单位立体角内所发射全波长的能量，称为定向辐射力。单位：W/(m2.sr)当（θ=0°）时因为定向辐射力是以发射辐射能物体的单位面积作为计算依据，而定向辐射强度是站在给定辐射方向所看到的（相当于投影面积）单位面积，所以二者之间存在以下关系：14辐射力：单位时间内，物体的每单位辐射面积向半球空间所发射的全部波长的总能量。单位：W/m2辐射力与定向辐射强度的关系辐射力与单色辐射强度的关系辐射力与定

5、向辐射力的关系15光谱辐射力（单色辐射力）：单位时间内，物体的每单位面积，在波长λ附近的单位波长间隔内，向半球空间所发射全波长的能量。单位：W/(m2.μm)16光谱定向辐射力（单色定向辐射力）：单位时间内，物体的每单位面积、向半球空间的某给定辐射方向上，在单位立体角内所发射在波长λ附近的单位波长间隔内的能量。单位：W/(m2.sr.μm)17第二节热辐射的基本定律本节有4个定律，用黑体来讨论，黑体用角标“b”表示图8-4人工黑体模型1.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

6、以人工制造出近似的人工黑体。18第二节热辐射的基本定律一、普朗克定律从量子理论出发，得出了黑体单色辐射力和波长、热力学温度之间的函数关系。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，1.4388×10-2WK；19图8-5a普朗克定律揭示的关系Ebλ=f(λ，T)20图8-5bEbλ与T的函数关系21二、维恩位移定律1891年，维恩（Wien)用热力学理论退出，黑体辐射的峰值波长与热力学温度T之间的函数关系，可以用下式来表示。22例题8-1例8-1：测得对应于太阳最大光谱辐射

7、力峰值的波长约为0.503微米，若太阳可近似看成是黑体看待，求太阳的表面温度。23解：太阳表面可近似看成黑体，则可利用维恩定律，太阳表面温度为：24二、维恩位移定律讨论：利用维恩定律，可根据黑体的峰值波长求黑体温度，它可作为光谱测温的基础。例如，可以解释金属加热时的颜色变化。在5000C以下，金属发出的基本都是红外线，没有可见光，因此金属呈原色。在6000C，随着温度升高，金属相继呈现暗红、红、黄，温度超过13000C时，开始发白。就是金属辐射发出的可见光及可见光短波段的能量逐渐增加的缘故。252－2斯蒂芬－玻尔兹曼定律斯蒂芬－玻尔兹曼定律表达

8、式：黑体辐射常数黑体辐射系数26工程上常计算某一波段范围内黑体的辐射能及其在辐射力中所占的百分数。黑体辐射函数见表8-127表8-1，黑体辐射函数表表