传热学第七章辐射换热

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1、第七章辐射换热§7-1热辐射的基本概念1.热辐射特点(1)定义：由热运动产生的，以电磁波形式传递的能量；(2)特点：a任何物体，只要温度高于0K，就会不停地向周围空间发出热辐射；b可以在真空中传播；c伴随能量形式的转变；d具有强烈的方向性；e辐射能与温度和波长均有关；f发射辐射取决于温度的4次方。2.电磁波谱电磁辐射包含了多种形式，如图7-1所示，而我们所感兴趣的，即工业上有实际意义的热辐射区域一般为0.1~100μm。电磁波的传播速度：c=fλ式中：f—频率，s-1;λ—波长，μm电磁辐射波谱3.物体对热辐射的吸收、反射和穿透当热辐

2、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。QQQQQQQ1QQQ1物体对热辐射的吸收反射和穿透对于大多数的固体和液体：0,1对于不含颗粒的气体：0,1对于黑体：1镜体或白体：1透明体：1反射又分镜反射和漫反射两种镜反射漫反射4黑体辐射的基本定律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。但却可以人工制造出近似的人工黑体。黑体模型2)热辐射能量的表示方法辐射力E：单位

3、时间内，物体的单位表面积向半球空间发射的所有波长的能量总和。(W/m2)；单色射力E：λ单位时间内，单位波长范围内(包含某一给定波长)，物体的单位表面积向半球空间发射的能量。(W/m3)；E、Eλ关系:显然，E和Eλ之间具有如下关系：EEd0黑体一般采用下标b表示，如黑体的辐射力为Eb，黑体的单色辐射力为Ebλ在热辐射的整个波谱内，不同波长发射出的辐射能是不同的。例子如图所示，图上每条曲线下的总面积表示相应温度下黑体的辐射力。§7-2热辐射的基本定律1普朗克定律：普朗克定律揭示了黑体辐射能量按波长的分布规律，即黑体辐射力的具

4、体函数形式。5c13EW/mbc2(T)e1式中，λ—波长，m；T—黑体温度，K；c—第一辐射常数，3.742×10-16Wm2；1c—第二辐射常数，1.4388×10-2WK；2维恩位移定律：右图是根据上式描绘的黑体光谱辐射力随波长和温度的依变关系。λm与T的关系由维恩位移定律给出，3T2.897610mKm该式表示，在一定温度下，普朗克定律的图示对应于最大单色辐射力的波长λ，与该黑体热力学温度mT成反比。2斯忒藩-波尔兹曼定律黑体的辐射力与其本身热力学温度的四次方成正比。42ETW/mbb824＝

5、5.6710W/(mK)，　称为黑体辐射常数b4T2EbCbW/m10024C＝5.67W/(mK)，　称为黑体辐射系数b3基尔霍夫定律首先介绍几个概念：1.投入辐射：单位时间内投射到单位表面积上的总辐射能2.选择性吸收：投入辐射本身具有光谱特性，因此，实际物体对投入辐射的吸收能力也根据其波长的不同而变化，这叫选择性吸收3.吸收比：物体对投入辐射所吸收的百分数，通常用表示，即吸收的能量投入的能量(投入辐射)基尔霍夫定律揭示了物体辐射力与吸收比之间的联系。1）有约束条件的基尔霍夫定律约束条件：1)只在热平衡状态

6、下适用2)投入辐射限于黑体辐射实际物体能量净收入：1Eb实际物体能量净支出：E1基尔霍夫定律导出示意图qEE1b热平衡时，q=0E1EE或E1b1b1推广到其他实际物体时：EEEE123Eb123基尔霍夫定律：任何物体的辐射力与它对来自同温度黑体辐射的吸收比的比值，与物性无关而仅取决与温度，恒等于同温度下黑体的辐射力。从基尔霍夫定律得出的重要推论：(1)α<1，所以，在任何温度下，各种物体中以绝对黑体的辐射力为最大。(2)物体的辐射力越大，它的吸收率也越大。2）实际物体的吸收比和基尔霍夫定律物体

7、的吸收比α是材料在整个波长范围内的积分平均性能温度为T的物体1对来自温1度为T2的物体2的辐射的吸收比α可表成：TETd11220fT,T12ETd220式中：ET温度为T的物体2的单色辐射力；222T温度为T的物体1的单色吸收比；1113）灰体的基尔霍夫定律灰体：单色吸收比不随波长变化的物体成为灰体。灰体是一种理想物体。灰体的吸收比仅取决与物体的自身而与投入辐射无关。fT1针对灰体的基尔霍夫定律可表述为：灰体的辐射力与同温度下自身的吸收比的比值与物性无关，恒等

8、于同温度黑体的辐射力。对于灰体来说，吸收比与投来辐射无关，所以投来辐射就无需限制在黑体和平衡态。4黑度黑度：实际物体的辐射力E与同温度下绝对黑体的辐射力之比称为实际物体的发射率（又称黑度）记为：E0Ebd