《传热学》第8章_热辐射基本定律和辐射特性

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1、第8章热辐射基本定律和辐射特性8.1热辐射现象的基本概念8.2黑体热辐射的基本定律8.3固体和液体的辐射特性8.4实际物体对辐射能的吸收与辐射的关系8.5太阳与环境辐射第8章热辐射基本定律和辐射特性8.1热辐射现象的基本概念8.1.1热辐射的定义及区别导热对流的特点定义：由热运动产生的，以电磁波的形式传递能量的一种现象。它是物体内部微观粒子的热运动状态发生改变时激发出来的。特点：1)任何物体，只要温度高于绝对温度0K，就会不停地向周围空间发出热辐射；2)热辐射的能量传递不需要任何介质，且在真空中传递效率最高；3)伴随电磁能和热能之间的能量

2、形式的转变；4)热辐射具有强烈的方向性；5)辐射能与温度和波长均有关；6)热辐射的热量取决于绝对温度的4次方。注意：热辐射不断把热能变为辐射能，为了达到能量守恒定律，还需要不断吸收周围物体投射到它表面的热辐射，并变为热能。辐射传热指物体之间的相互辐射和吸收的总效果。辐射传热量为零，但是热辐射仍在不断进行。第8章热辐射基本定律和辐射特性8.1.2从电磁波的角度描述热辐射的特性1.传播速率与波长、频率间的关系热辐射具有一般辐射的共性：热辐射以光速在空间中传播；电磁波的速率、波长和频率之间的关系为c=fλc=3*108m/s为电磁波传播速度，f

3、为频率，λ为波长。2.电磁波的波谱2000k以下热辐射:0.8~100μm可见光波长：0.38~0.76μm太阳辐射能量：0.2~2μm热辐射研究的波长区段为：0.1~100μm第8章热辐射基本定律和辐射特性不同波长热辐射的用途：1)以25μm为界分为近红外线和远红外线，对物体进行远红外线加热。2)1mm~1m的电磁波为微波，能穿透塑料玻璃和陶瓷，会被水吸收产生内热源，对物体均匀加热。(转，蚂蚁)3)大于1m的电磁波广泛用于无线电技术。3.物体表面对电磁波的作用(1)吸收比、反射比与穿透比之间的一般关系热辐射投射到物体表面时，分为三部分吸

4、收能量—Qα—吸收率—α反射能量—Qρ—反射率—ρ穿透能量—Qτ—穿透率—τ第8章热辐射基本定律和辐射特性固体和液体：α+ρ=1表面状况对辐射特性影响很重要极短距离内把辐射能量吸收完(1μm-1mm)，不允许热穿透。气体：α+τ=1内部状况对辐射特性影响很重要对辐射能没有反射能力，只能吸收或穿透。(2)固体表面的两种反射辐射能的反射方式镜面反射：物体表面的不平整尺寸小于投入辐射的波长时漫反射：物体表面的不平整尺寸大于投入辐射的波长时第8章热辐射基本定律和辐射特性8.1.3黑体模型及其重要性绝对黑体：吸收比为1的物体镜体：反射比为1的物体绝

5、对透明体：穿透比为1的物体由理想情况到复杂情况分析黑体模型：自然界不存在黑体，但是可以通过人工方法制造出类似黑体的模型。选择吸收比较大的材料制造一个空腔，并在壁面上开一个小孔，并使空腔壁面保持均匀的温度，这种带有小孔的温度均匀的空腔就是黑体模型特点：1)在一定的小孔面积和腔体总面积之比下，材料本身的吸收比越大，黑体模型的有效吸收比越大；反之亦然。2)等温空腔内部的辐射是均匀且各向同性的，在相同物体中，黑体的辐射能力和吸收能力都是最大的。第8章热辐射基本定律和辐射特性8.2黑体热辐射的基本定律8.2.1斯忒藩-波尔兹曼定律三个定律分别从不同

6、角度揭示在一定的温度下，单位表面黑体辐射能的多少及其随空间方向与随波长分布的规律。为了定量分析热辐射能量大小，引入辐射力的概念辐射力：单位时间内单位表面积向其上的半球空间的所有方向辐射出去的全部波长范围内的能量,记为E,其单位为W/m2。黑体辐射力与热力学温度的关系由斯忒藩-波耳兹曼定律确定：σ=5.67*10-8W/(m2K4)为黑体辐射常数，C0=5.67W/(m2K4)称为黑体辐射系数，下角码b表示黑体以上公式称为辐射四次方定律，是辐射传热计算基础；该公式表明：随着温度上升，辐射力急剧增大。第8章热辐射基本定律和辐射特性8.2.2普

7、朗克定律普朗克定律揭示了黑体辐射能按波长分布的规律1.光谱辐射力定义：单位时间内单位表面积向其上的半球空间的所有方向辐射出去的在包含波长λ在内的单位波长内的能量，Ebλ，单位W/(m2·μm)2.普朗克定律黑体的光辐射力随波长的变化关系为：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；光辐射能力随着波长的增加，先是增加，然后又减少第8章热辐射基本定律和辐射特性光谱辐射力最大处的波长λm亦随温度不同而变化：随着温度的增高，最大光辐射力的波长会减小，曲线峰

8、值向左移动。波长与温度成反比的规律称为维恩位移定律3.普朗克定律与斯忒藩-玻耳兹曼定律的关系光辐射力曲线下的面积就是该温度下黑体的辐射力第8章热辐射基本定律和辐射特性4.黑体辐射能按波段的分布