第八章热辐射的基本定律_传热学ppt课件.ppt

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1、第八章热辐射的基本定律§8-1基本概念§8-2热辐射的基本定律1辐射的定义与特点:物质由基本微观粒子组成，当原子内部的电子受激和振动时，产生交替变化的电场和磁场，发出电磁波向空间传播，此为辐射。不同的激发方式，产生电磁波的波长不同，它们投射到物体上产生的效应不同。21.定义热辐射－thermalradiation:物体由于热的原因（温度高于0K）(自身温度或热运动)而发射电磁波的现象。§8-1基本概念一.热辐射的本质与特点辐射换热－radiationheattransfer:物体之间通过热辐射交换热量的过程。当系统达到热平衡时，辐

2、射换热量为零，但热辐射仍然不断进行。3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；固有属性;可以在真空中传播；伴随能量形式的转变；具有强烈的方向性；辐射能与温度和波长均有关2.特点41)f＝C2)电磁波谱式中：C—介质中的光速，m/s；f—频率，s-1;λ—波长，m3.热辐射具有电磁波的共性电磁辐射包含了多种形式，工业上有实际意义的热辐射区域一般波长为0.1-100μm。5理论上覆盖整个电磁波谱；对于太阳辐射（约5800K）：0.22m；可见光0.380.76m红外线0.76251000m一般工业范

3、围内（2000K以下）：0.38100m0.7620m远红外加热技术6当热辐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。二物体对热辐射的吸收、反射和穿透物体对热辐射的吸收、反射和穿透G7对于大多数的固体和液体透明体对于不含颗粒的气体对于黑体镜体或白体只涉及表面整个气体容积假想的8镜反射和漫反射镜反射漫反射表面不平整尺寸小于辐射波长表面不平整尺寸大于辐射波长9定义：球面面积除以球半径的平方单位：sr(球面度)1立体角三辐射强度与辐射力10dA2dA1r112辐射强度单位时间内，在给定辐射方向上，物

4、体在与发射方向垂直的方向上的每单位投影面积，在单位立体角内所发射全波长的能量,其符号为I，单位为W/（m2.sr）dA’12单色辐射强度：单位时间内，与发射方向垂直的每单位投影面积，在波长附近的单位波长间隔内、单位立体角内所发射的能量；I，单位为W/（m2.sr）13单位时间内，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。单位：W/m2E从总体上表征了物体辐射能力的大小。3辐射力Eemissivepower14根据E与I定义可知：单位可见面积，单位立体角单位发射面积15单色辐射力：单位时间内，物体的每单位面积、在波长

5、附近的单位波长间隔内，向半球空间所发射的能量，E，单位为W/（m2.）定向辐射力：单位时间内，物体的每单位面积、向半球空间的某给定辐射方向上，在单位立体角内所发射全波长的能量，E在法线方向上：En=In16单色定向辐射力：单位时间内，物体的每单位面积、向半球空间的某给定辐射方向上，在单位立体角内所发射在波长附近的单位波长间隔内的能量。171.为什么？一黑体模型2.黑体模型可以全部吸收透射到其表面上的所有波长的辐射能；理想的吸收体现实世界中并不存在严格意义上的黑体；实验室模型比较标准，对比研究实际物体的辐射特性§8-2热辐射的基

6、本定律18带有小孔的温度均匀的空腔小孔的孔径越小越大；温度均匀是为了保证辐射均匀且各向同性。黑体模型19－Stefan-Boltzmann常数,5.6710-8W/(m2·K4)Cb－黑体辐射系数,5.67W/(m2·K4)黑体辐射力：注：黑体的所有辐射参数有下角标b20二、普朗克(Planck)定律式中：λ—波长，mT—黑体温度，Kc1—第一辐射常数，3.742×10-16Wm2；c2—第二辐射常数，1.4388×10-2WK；揭示了黑体单色辐射力与波长、温度之间的关系21黑体的单色辐射力随温度升高而增大，短波区增大速

7、度比长波区大。在一定的温度下，黑体的单色辐射力随波长的增加，先是增大，然后有减小，其中有一峰值2223三、维恩位移定律黑体的峰值波长与热力学温度T之间的函数关系随着温度T的升高，最大单色辐射力所对应的峰值波长逐渐向短波方向移动24例8－1测得对应于太阳最大单色辐射力的峰值波长约为，若太阳可以近似看成黑体，求太阳的表面温度解：根据维恩位移定律，可得：由维恩位移定律，可根据黑体的光谱求黑体温度。如果已知黑体温度，则可以求得最大单色辐射力所对应的波长25讨论：黑体温度在3800K以下时，其峰值波长处在红外线区域。因此，在一般工程中所遇到

8、的辐射换热，基本上属于红外辐射。思考：金属在加热过程中，随着温度的升高，金属颜色呈暗红、红、黄、白，请解释这一现象。26四、斯蒂芬-玻尔兹曼(Stefan-Boltzmann)定律确定黑体辐射力Eb黑体辐射力Eb受温度T影响很大，温度增加2倍，辐射