清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(12)第十一章

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1、第十一章辐射换热第八章已指出，热辐射是热量传递的基本方式之一，以热辐射方式进行的热量交换称为辐射换热。辐射换热在热能动力工程、核能工程、冶金、化工、航天、太阳能利用、干燥技术以及日常生活中的加热、供暖等方面具有非常广泛的应用。本章主要从宏观的角度介绍热辐射的基本概念、基本定律以及辐射换热的计算方法。111-1热辐射的基本概念1.吸收、反射与透射投入辐射:单位时间内投射到单位面积物体表面上的全波长范围内的辐射能。GW/m2反射辐射:GW/m2吸收辐射:GW/m2透射辐射:GW/m22吸收比反射

2、比透射比根据能量守恒，如果投入辐射是某一波长的辐射能G，则光谱吸收比光谱反射比光谱透射比与的关系：3注意：（1）属于物体的辐射特性，取决于物体的种类、温度和表面状况，是波长的函数。不仅取决于物体的性质，还与投射辐射能的波长分布有关。（2）固体和液体对辐射能的吸收和反射基本上属于表面效应：金属的表面层厚度小于1m；绝大多数非金属的表面层厚度小于1mm。（3）对于固体和液体，。镜反射与漫反射：产生何种反射决于物体表面的粗糙程度和投射辐射能的波长。42.灰体与黑体灰体：注意：黑体、白体与黑色、白色

3、物体的区别。光谱辐射特性不随波长而变化的假想物体，即分别等于常数。绝对黑体：吸收比=1的物体，简称黑体。黑体和灰体一样，是一种理想物体。人工黑体模型：镜体（漫反射时称为白体）：=1绝对透明体：=153.辐射强度辐射强度说明物体表面在空间某个方向上发射辐射能的多少。立体角：半径为r的球面上面积A与球心所对应的空间角度，单位为Sr（球面度）（，）方向上的微元面积dA2对球心所张的微元立体角6辐射强度：单位时间内从单位投影面积（可见面积）所发出的包含在单位立体角内的所有波长的辐射能。称为dA1

4、在（，）方向的辐射强度，或称为定向辐射强度，单位是W/(m2Sr)。7辐射强度的大小不仅取决于物体种类、表面性质、温度，还与方向有关。对于各向同性的物体表面，辐射强度与角无关，。光谱辐射强度：某波长辐射能的辐射强度称为该波长的光谱辐射强度。辐射强度与光谱辐射强度之间的关系光谱辐射强度的单位为W/(m3Sr)或W/(m2mSr)。84.辐射力辐射力：在单位时间内，每单位面积表面向半球空间发射的全部波长的辐射能，用E表示，单位为W/m2。光谱辐射力：在波长范围内单位波长的辐射力，用E

5、表示，单位为W/m3。辐射力与光谱辐射力之间的关系定向辐射力：在单位时间内，单位面积表面向某方向发射的单位立体角内的辐射能，用E表示，单位为W/(m2sr)。9定向辐射力与辐射力之间的关系：定向辐射力与辐射强度之间的关系：辐射力与辐射强度之间的关系：1011-2黑体辐射的基本定律1.普朗克（Planck）定律2.斯忒藩-玻耳兹曼（Stefan-Boltzmann）定律3.兰贝特（Lambert）定律111.普朗克定律C1=3.743×10-16Wm2;C2=1.439×10-2mK。特点：

6、（1）温度愈高，同一波长下的光谱辐射力愈大；（2）在一定的温度下，黑体的光谱辐射力在某一波长下具有最大值；（3）随着温度的升高，Eb取得最大值的波长max愈来愈小，即在坐标中的位置向短波方向移动。12维恩（Wien）位移定律:太阳表面温度约为5800K，由上式可求得max=0.5m，位于可见光范围内，可见光占太阳辐射能的份额约为44.6%。对于2000K温度下黑体,可求得max=1.45m，位于红外线范围内。2.斯忒藩-玻耳兹曼定律斯忒藩-玻耳兹曼定律表达式：式中=5.67×10-

7、8W/(m2K4)，称为斯忒藩-玻耳兹曼常量(数)，又称为黑体辐射常数。（四次方定律）13斯忒藩—玻耳兹曼定律表达式可直接由下式导出：波段辐射力波段辐射力占黑体辐射力Eb的百分数14根据普朗克定律表达式，f(T)称为黑体辐射函数，表示温度为T的黑体所发射的辐射能中在波段0～内的辐射能所占的百分数。利用黑体辐射函数数值表（317页表11－1）可以很容易地用下式计算黑体在某一温度下发射的任意波段的辐射能量：153.兰贝特定律兰贝特定律:黑体的辐射强度与方向无关，半球空间各方向上的辐射强度都相等。

8、漫发射体：空间各个方向上辐射强度都相等的物体。根据定向辐射力与辐射强度的关系En为表面法线方向的定向辐射力。兰贝特定律也称为余弦定律。根据辐射力与辐射强度的关系可求得1611-3实际物体的辐射特性，基尔霍夫定律1.实际物体的发射特性发射率（黑度）：发射率反映了物体发射辐射能的能力的大小。光谱发射率（光谱黑度）：发射率与光谱发射率之间的关系为对于灰体，＝常数，17实际物体的光谱辐射力随波长的变化规律不同于黑体和灰体，实际物体的光谱发射率是波长的函数。在工程计算中，实际物体的辐射力