热辐射和辐射换热

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1、第八章热辐射和辐射换热热辐射和辐射换热应用:1.井喷点燃时涉及到热辐射的计算；2.辐射采暖，辐射干燥；3.辐射原理测定物体温度;4.研究设计太阳能热水器，太阳能电池，太阳能发电站和太阳能冷却机；5.利用热辐射性质，为高速飞行器表面散热提供设计数据和依据；本章中将阐述热辐射的本质、特征，以及有关的基本概念和基本规律，在此基础上，进一步分析辐射换热的计算和辐射换热的网络求解法。本专业主要介绍热辐射的本质、特征，以及有关的基本概念和基本规律，对后半部分内容不做要求。§8-1热辐射的基本概念一、辐射和热辐射辐射：从宏观的角度、辐射是连续的电磁波传递能量的过程；从微观的角度，辐射是不连续的量

2、子传递能量的过程。因此，物体向外界以电磁波的形式发射携带能量的量子的过程称为辐射。辐射能：通过辐射所传递的能量称为辐射能(也把辐射这个术语用来表明辐射能本身)。热辐射：通常把物质由于自身与温度有关的原因而激发产生的电磁波传播称为热辐射。任何物体在绝对零度以上都能发射出电磁波。物质可对外发射从零到无穷大的任何波长的电磁波，激发方式不同，所产生的电磁波波长就不相同，它们投射到物体上产生的效应也不同。热射线：0.1μm—100μm；可见光：0.38μm—0.76μm热辐射是电磁波多种辐射形式的一种，所有电磁辐射都以光速进行传播，其值等于辐射波长与频率的乘积：c＝λν(8-1)式中c——

3、光速；λ——波长；ν——频率。热辐射的传播是以不连续的量子形式进行的，每个量子的能量为：E＝hν(8-2)式中h—普朗克常数，其值为6.6256×10-34J·S。辐射换热：物体之间相互辐射和相互吸收过程的总效果，称为辐射换热。特点：1、不依靠物体间相互接触而进行热量传递，只要彼此可见的物体就能互相进行热辐射。2、辐射换热过程伴随着能量形式的两次转化，即物体的部分内能转化为辐射能发射出去，当射及另一物体表面而被吸收时，辐射能又转化为该物体的内能。3、辐射换热过程中，高温物体向低温物体辐射能量的同时，低温物体也向高温物体辐射能量，热辐射是双向的。能量最终由高温物体传向低

4、温物体。二、辐射能的吸收、反射和透射各种辐射射线都是电磁波，因而它们之间并无绝对的对立，可见光与不可见的热射线也无本质的区别。当热辐线投射到物体上时，和可见光一样也有吸收，反射和透射现象发生。根据能量守恒原则：Gα＋Gρ＋Gτ＝GGα/G＋Gρ/G＋Gτ/G＝1其中：Gα/G、Gρ/G、Gτ/G分别称为该物体对投射辐射的吸收率，反射率和透射率依次用符号α、ρ、τ表示，即有：α＋ρ＋τ＝1(8-3a)单色辐射：在某个特定波长下的辐射称为单色辐射，如果投射能量是单色辐射，上述关系也同样适用。αλ＋ρλ＋τλ＝１(8-3b)式中:αλ、ρλ、τλ分别为单色吸收率、单色反射

5、率和单色透射率。α、ρ、τ和αλ、ρλ、τλ是物体表面的辐射特性，和物体的性质，温度及表面状况有关。α、ρ、τ还和投射能量的波长分布有关。固体和液体不允许热辐射透过。透射率τ＝０，即α＋ρ＝１。即：吸收能力大的物体其反射本领就小；反之吸收能力小的物体其反射本领就大。气体对辐射能几乎没有反射能力，可认为反射率ρ＝０，即α＋τ＝１。显然，吸收性大的气体，其穿透性就差。多原子气体才具有吸收能力。固体和液体物体表面状况对这些特性的影响是至关重要的。辐射能投射到物体表面后的反射现象，也和可见光一样有镜面反射和漫反射两种情况。当表面不平整尺寸（表面粗糙度）小于投射辐射的波长时，形成镜面反射，此时

6、入射角等于反射角。当表面不平整尺寸（表面粗糙度）大于投射辐射的波长时，入射射线被反射后沿各个方向均匀分布、形成漫反射。一般工程材料的表面大都形成漫反射。自然界所有物体的吸收率α，反射率ρ和透射率τ的数值都在0到1的范围内变化，每个量的数值又因具体条件不同而千差万别。为了使问题简化，可以从理想物体入手进行研究。黑体：如物体能全部吸收外来辐射线，则称为黑体，即α＝１；白体：如物体全部反射外来射线，则不论镜面反射或漫反射均称为白体，即ρ＝１；透明体：如物体能被外来射线所全部透射，则称为透明体，即τ＝１。自然界中并不存在绝对的黑体、白体和透明体，它们只是实际物体热辐射性能的理想模型。但也存

7、在接近理想模型的实际物体，如吸收力很强的煤烟炱和黑丝绒等，α≈0.97；高度磨光的纯金ρ＝０.９８黑体、白体和透明体都是对全波长射线而言的。不能按物体的颜色来判断（可见光只是全波长射线中的一小部分），白颜色的的物体不一定是白体。例如雪对可见光吸收率很小，但对全波长射线其吸收率α≈0.98，非常接近黑体；白布和黑布对可见光的吸收率不同，但对红外线的吸收率基本相同，普通玻璃能透过可见光，对λ＞3μm的红外线几乎是不透明体。因此，物体对外来辐射的吸收和反射能力是