热辐射-经典教案.ppt

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1、6.5热辐射6.5热辐射6.5.1热辐射的概念6.5.2固体辐射6.5.3物体间的辐射传热6.5.4气体辐射6.5.1热辐射的概念任何物体，只要绝对温度不是零度，都会不停地以电磁波的形式向外界辐射能量。同时，又不断吸收来自其他物体的辐射能。当物体向外界辐射的能量与其从外界吸收的能量不相等，该物体与外界就产生热量的传递。这种传递方式称为热辐射。热辐射可以在真空中传播，不需要任何介质。气体热辐射与液体、固体不同，因为气体可以深入气体内部。6.5热辐射6.5.2固体辐射黑体的辐射能力和吸收能力—斯蒂芬-波尔兹曼定

2、律实际物体的辐射能力和吸收能力灰体的辐射能力和吸收能力—克希荷夫定律6.5热辐射黑体的辐射能力和吸收能力—斯蒂芬-波尔兹曼定律热辐射的波长范围热辐射的波长位于0.38～1000μm间，大部分能量集中于红外线区段，波长在0.76～20μm范围内。辐射能的反射、穿透和吸收与光一样，辐射能可以反射、穿透和吸收，如图6-28所示。其能量间的关系为Q=Qa+Qr+QdQa、Qr、Qd与总能量Q的比值称该物体对投入辐射的吸收率a、反射率r和穿透率d。则上式可写为：a+r+d=16.5.2固体辐射图6-28辐射能的反射、

3、穿透和吸收黑体的辐射能力和吸收能力—斯蒂芬-波尔兹曼定律固体、液体穿透率为零，气体反射率为零。黑体：吸收率等于1的物体称绝对黑体，简称黑体。实际物体可以接近黑体，但没有绝对黑体。热透体：穿透率等于1的物体。气体接近热透体。镜面体：反射率等于1的物体。镜子接近镜面体。黑体的辐射能力即单位时间单位黑体外表面积向外界辐射的全部波长的总能量，服从斯蒂芬-波尔兹曼定律。记黑体的辐射能力和吸收能力—斯蒂芬-波尔兹曼定律Eb=σ0T4为了方便，将上式改变为：σ0为黑体辐射常数，σ0=5.67×10-8W/（m2·K4）。

4、C0为黑体辐射系数，C0=5.67W/（m2·K4）。温度对辐射传热非常敏感。记(6-78)例6-10温度对物体辐射能力的影响试计算表面温度为0℃和546℃时黑体的辐射能力，并进行比较。解：0℃辐射能力546℃时黑体的辐射能力实际物体的辐射能力和吸收能力实际物体的辐射能力E恒小于黑体的辐射能力Eb。实际上不同物体在相同温度下的辐射能和按波长的分布规律也不同。黑度：实际物体的辐射能与相同温度下黑体的辐射能的比值，称物体的黑度，用ε表示。实际物体的辐射能力E可用下式表示：6.5.2固体辐射记实际物体的辐射能力和

5、吸收能力影响黑度的因素：与物体的表面温度、物体的种类和表面状况有关，只与辐射物体本身有关，与外界无关。常见物体的黑度见表6-4。实际物体的吸收能力：黑体将投其上的辐射能全部吸收。实际物体对不同波长的辐射能呈现出一定的选择性，即对不同波长的辐射能吸收程度不同。图6-29为白瓷砖和玻璃对不同波长的辐射能的吸收能力。表6-4常见材料表面的黑度ε值Theend图6-29白瓷砖和玻璃对不同波长辐射能的吸收能力灰体的辐射能力和吸收能力—克希荷夫定律黑体对各种波长的辐射能全部吸收，但实际物体的吸收率与投入有波长有关，即物

6、体对不同波长的辐射能有选择性的吸收。对于波长在0.76～20μm的辐射能，大多数材料的吸收率随波长的变化不大，把实际物体当作对各种波长辐射能均能同样吸收的理想物体，这种理想物体称为灰体。克希荷夫定律认为，同一灰体的吸收率与其黑度在数值上是相等的，即ε=α。即对投入辐射能的吸收率可用其黑度表示。也可以用下式表示E=αEb=εEb但灰体是理想化的处理，对工业辐射能的计算是可以的。如果是太阳光，物体对可见光呈现强烈选择性。6.5.2固体辐射6.5.3物体间的辐射传热黑体间的辐射传热和角系数灰体间的辐射传热封闭体系

7、辐射传热大面积平板体系的辐射传热内包物体的辐射传热影响辐射传热的主要因素辐射给热系数6.5热辐射黑体间的辐射传热和角系数图6-30为任意放置的两个黑体表面，其面积分别为A1和A2，表面温度分别为T1和T2不变。由图可见，黑体1向外辐射的能量只有一部分Q1→2投射到黑体2并被吸收。同样黑体2向外辐射的能量只有一部分Q2→1投射到黑体1并被吸收。于是两黑体间传递的热流量为Q12=Q1→2-Q2→16.5.3物体间的辐射传热图6-30两黑体间的相互辐射黑体间的辐射传热和角系数根据蓝贝特定律将上式简化为称为黑体1对

8、黑体2的角系数，其值为表面1的全部辐射能中，直接投射到黑体2的量所点人比例。黑体间的辐射传热和角系数角系数是一个纯几何因素，其值为同理黑体间的辐射传热和角系数即于是黑体间的辐射传热和角系数由于角系数的计算不方便，工业上把角系数绘成曲线，见图6-31和图6-32所示。如果两平板面积相等且很大，则角系数均为1。即则Q12=Eb1–Eb2图6-31两平行平板间的角系数图6-32两平行圆盘间的角系数灰体间的辐射传热设任意