第10章辐射传热ppt课件.ppt

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1、第十章辐射传热Chapter10RadiationHeatTransfer110.1黑体辐射基本定律BlackBodyRadiation一、基本概念(BasicConcepts)1、热辐射(ThermalRadiation)任何物体当T＞0K时，其物质中的原子/分子都会产生热运动，并引起其电子运动轨道的变化，从而向周围空间产生各种波长的电磁波。这种电磁波具有能量，当被其他物体吸收后，其中波长在0.1～100µm范围内的电磁波会转化为热能，这样一种热能传输方式称为热辐射。（其中0.1～100µm转化热能更显著）热辐射主要集中在红外线及可见光的波长内，见图10-1

2、。23热辐射区别于其它传热方式(导热和对流传热)的最大特点是一种非接触式传热，因为电磁波在真空中就可传播。可见光的波长为λ=0.38µm～0.76µm，属热辐射电磁波的一部分。42、热辐射的吸收率、反射率和透射率Absorptivity,reflectivityandtransmissivity热辐射电磁波与可见光具有相同的光学特性。图10-2所示。设：Q－入射辐射总能量Qα－吸收辐射能Qρ－反射辐射能Qτ－透射辐射能5则由能量守恒，有如下关系式：Qα+Qρ+Qτ=Q或(10-1)令，，它们分别称为该物体对入射电磁波的吸收率，反射率和透射率。反射有两种之分(镜

3、反射和漫反射)，有：α+ρ+τ=1(10-2)α、ρ和τ的值均在［0,1］范围之内。63、黑体与辐射照度BlackBodyandEmissivePower自然界中所有物体的α、ρ和τ的取值千差万别，如固体(金属)的透射率τ=0，而水则有较大的透射率。为使热辐射描述简化(有参照物),假定：将①α=1的物体为绝对黑体（简称黑体）；②ρ=1的物体为镜体（漫反射则称为绝对白体）；③τ=1的物体为绝对透明体（简称透明体）；以上都是假定的理想物体。7根据黑体的定义，黑体的ρ=0和τ=0，即黑体既不反射，也不透射任何热辐射。图10-3所示的有小孔空腔的物体可视为黑体。辐射照

4、度E定义：称某物体在单位时间内单位表面积上向半球空间所有方向发射的全部波长的辐射能的总能量，为该物体的辐射照度E［W/m2］。E是反映物体发射辐射能量大小的一个物理量。8单色(λ)辐射照度：假设在λ波长内的辐射照度增量为E。[W/m3](10-5)且有：［W/m2］(10-6)黑体的辐射照度Eb用表示，黑体单色辐射照度Ebλ用表示。94、发射率（或称黑度）Emissivity实际物体的热辐射总辐射照度E只是黑体辐射照度Eb的某个分数，该分数称为实际辐射体的发射率或黑度，用ε表示（显然黑体的ε=1）。则有如下关系式：E=εEb(10-7)式中：Eb-为黑体的

5、总辐射照度。ε-实际辐射体的发射率或黑度。E-实际物体的总辐射照度。105、基尔霍夫定律(kirchhoff’sLaw)见图10-5，现假想将实际物体1置于完全充满黑体辐射的某一空间中的某一区域内，设该实际物体的辐射照度为E1，自黑体吸收能的速率为α1Eb，则实际物体传递能量的净速率为（非黑体损失的能量或黑体吸收的能量）：q1净=E1-α1Eb（式中的α为吸收率）将E1=ε1Eb代入：q1净=ε1Eb-α1Eb=(ε1-α1)Eb11当处于平衡时，q1净=0，所以：吸收率α1=发射率ε1对任何物体可得同样结果：当处于热平衡时，对黑体辐射的吸收率等于发射率（该物

6、体的黑度）。当处于热平衡时，q1净=E1-α1Eb=0E1=α1Eb推广到任何物体有：12结论：热平衡时，辐射照度和吸收率的比值恒等于同温度下的黑体辐射照度。(1)物体的发射力E和吸收率α成正比；(2)各种物体以黑体的吸收率最大，即Eb最大，因为α1=1。13二、普朗克分布定律Planck’sDistributionLaw如前述热辐射包含了很宽波长λ范围的电磁波，即使对黑体在一定温度下，其不同波长λ的单色辐射照度也是不同的，即Ebλ=f(λ,T),即Ebλ是λ和T的函数。根据量子理论得到的Ebλ与λ和T函数关系式为：(10-8)式中：λ－热辐射的波长（m）T

7、－黑体的热力学温度（绝对温度K）C1、C2－常数，其值分别为3.743×10-16(W·m2)和1.4387×10-2(m·k)14(10-8)式称为普朗克分布定律，表明了黑体单色辐射能按照波长的分布规律。图10-4是根据(10-8)式给出的不同T温度下Ebλ与λ的关系曲线，可见Ebλ－λ有极大值。15三、斯蒂芬-波尔兹曼定律Stefan-Boltzmann’sEquation将普朗克分布定律式(10-8)代入式(10-9)经积分计算可得到黑体总辐射照度Eb与温度关系式，即：[W/m2](10-11)16(10-11)式称为斯蒂芬-波尔兹曼定律（又称四次方定律

8、）。式中，σ为斯蒂芬-波尔兹曼常数（或