传热学第八章ppt课件.ppt

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1、第八章热辐射基本定律和辐射特性能源工程系黄金11.热辐射的定义及区别于导热对流的特点其中，与热传导和热对流的主要区别是b和c22.从电磁波谱的角度描述热辐射的特性电磁辐射包含了多种形式，如图所示，理论上热辐射的波长范围从零到无穷大，但在日常生活和工业上常见的温度范围内，热辐射的波长主要在0.1m至100m之间,包括部分紫外线、可见光和部分红外线三个波段。2.1传播速率与波长、频率间的关系电磁波的传播速度：c=fλ=λ/T式中：f—频率，s-1;λ—波长，μm2.2电磁波的波谱3射线<10-4m红外线：0.76<<103m无线电波

2、：>106m微波：103<<106m可见光：0.38<<0.76m紫外线：10-2<<0.38mX射线：10-4<<10-2m工业上有实际意义的热辐射区域4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。2.3物体表面对热辐射的作用物体对热辐射的吸收反射和穿透Q－单位时间内投射到物体表面上的全波长范围内的辐射能。吸收比反射比透射比5对于大多数的固体和液体：对于不含颗粒的气体：黑体：镜体或白体：透明体：反射又分镜反射和漫反射两种镜反射漫反射63.黑体模型及其重要性黑体：能吸收投入到其表面上的所有

3、热辐射的物体，包括所有方向和所有波长。即吸收比等于1的物体（绝对黑体，简称黑体，blackbody）重要性：研究黑体的意义在于，在黑体辐射的基础上，把实际物体的辐射和黑体辐射相比较，从中找出其与黑体辐射的偏离，然后确定必要的修正系数黑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（动画）7§8-2黑体热辐射的基本定律基本定律Stefan-Boltzmann定律（辐射能与温度的关系）Planck定律（辐射能波长分布的规律）Lambert定律（辐射能按空间方向的分布规律）1斯忒藩—玻耳兹曼定律（四次方定律

4、）式中=5.67×10-8W/(m2K4)，称为斯忒藩—玻耳兹曼常数，又称为黑体辐射常数。C0=5.67W/(m2K4)，称为黑体辐射系数。8辐射力E：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。(W/m2)；黑体一般采用下标b表示，如黑体的辐射力为Eb92普朗克定律式中，λ—波长，m；T—黑体温度，K；c1—第一辐射常数，3.742×10-16Wm2；c2—第二辐射常数，1.4388×10-2WK；描述辐射能按波长分布的规律光谱辐射力Eλ：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

5、间发射的能量。(W/m3～W/m2·μm)；黑体的光谱辐射力为Ebλ10黑体光谱辐射力随波长和温度的依变关系（1）黑体的光谱辐射力随着波长的增加，先是增大，然后又减小。温度愈高，同一波长下的光谱辐射力愈大.（2）随着温度的增高，曲线的峰值（最大光谱辐射力）向左移动，即移向较短波长11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。对于2000K温度下黑体,可求得max1.45m，位于红外线范围内。峰值波长与温度T成反比的规律称为维恩（Wien）位移定律E和Eλ关系（普朗克定律与斯忒

6、藩—玻耳兹曼定律的关系）斯忒藩—玻耳兹曼定律表达式可直接由普朗克定律导出12黑体辐射函数（黑体辐射能按波段的分布）从0到某个波长的波段的黑体辐射能这份能量在黑体辐射力中所占的百分数为：可查表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。13这特定波段范围内黑体的辐射能在黑体辐射力中所占的百分数为：黑体在波长λ1和λ2区段内所发射的辐射力1415太阳表面温度约5800K，可见光占太阳辐射能的份额约为44.6%例题试求温度为3000K和5000K时的黑体辐射中可见光所占的份额。解：可见光的波

7、长范围是从0.38μm到0.76μm，对于3000K的黑体其λT值分别为1140和2280可从表中查得Fb(0-λ1)和Fb(0-λ2)分别为0.14%和11.5%。于是可见光所占份额为：Fb(λ1-λ2)=Fb(0-λ2)-Fb(0-λ1)=11.5%-0.14%=11.36%。同样的做法可以得出5000K的黑体在可见光范围所占的份额为Fb(λ1-λ2)=Fb(0-λ2)-Fb(0-λ1)=57.0%-11.5%=45.5%。163兰贝特定律（描述辐射能按空间方向的分布规律）3.1立体角定义：球面面积除以球半径的平方称为立体角，单位：sr(

8、球面度)，如图所示：计算微元立体角的几何关系类似于弧度（rad）17dθdφdfrdAcosφdAφφθnndω183.2定向辐射强度I：dAcф称为经度角Θ称为纬