材料科学工程课件2-4 辐射换热VIP免费

材料工程基础第四节热辐射及辐射换热第三章传热学HeatTransfer传热学１定义：由热运动产生的，以电磁波形式传递的能量。4.1基本概念传热学a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；b可以在真空中传播；c伴随能量形式的转变；d具有强烈的方向性；e辐射能与温度和波长均有关；f发射辐射取决于温度的4次方。２特点最著名的热辐射现象：温室效应传热学11QQQQQQQQQQtrtr3.物体对热辐射的吸收、反射和穿透absorptivitytransmissivityreflectivity传热学对于大多数的固体和液体：对于不含颗粒的气体：对于黑体：镜体或白体：透明体：1111,01,01传热学反射又分镜反射和漫反射两种镜反射漫反射镜面反射：入射角=反射角，表面粗糙度<波长漫反射：表面粗糙度>波长传热学1.黑体概念黑体：是指能吸收投入到其面上的所有热辐射能的物体，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。4.2黑体辐射的基本定律黑体模型传热学（１）辐射力E(W/m2)：单位时间内，物体单位表面积向半球空间发射的所有波长的能量总和。2.热辐射能量的表示方法dAdQE传热学dAdQddAdQE2（２）单色辐射力Eλ(W/m3)：单位时间内，单位波长范围内(包含某一给定波长)，物体单位表面积向半球空间发射的能量。传热学E、Eλ关系:dEE0黑体一般采用下标b表示，如黑体的辐射力为Eb，黑体的单色辐射力为Ebλ传热学微元立体角（３）方向辐射力Eφ(W/m2Sr)：方向辐射力是定义来描述物体表面辐射能量在半球空间中的分布特征，其定义为单位时间单位辐射面积向半球空间中某一个方向上单位立体角内辐射的所有波长的辐射能量。dQEdAdd传热学球面面积除以球半径的平方称为立体角，单位：sr(球面度)。立体角定义：ddA2sindAdddr传热学（４）定向辐射强度Ｉ：定义：单位可见面积发射出去的落在空间任意方向的单位立体角中的能量。ddcosdQIA可见面积：在不同方向上所能看到的辐射面积是不一样的。微元辐射面dA位于球心地面上，在任意方向p看到的辐射面积不是dA，而是dAcosθ。黑体辐射的定向辐射强度与方向无关。传热学1)(512TcbecE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，1.4388×10-2ｍK；(1)Planck定律(1900年)：黑体单色辐射力3.黑体辐射的基本定律及相关性质描述了黑体光谱辐射力随波长及温度的变化规律。传热学Planck定律的图示黑体光谱辐射力随波长和温度的依变关系传热学KmTm3108976.2（２）Wien位移定律(1893年)反映出黑体温度越高其单色辐射力最大值所对应的波长越短的黑体辐射特征，也就是黑体温度越高能量分布就越向波长短方向集中的特征。维恩位移定律的发现在普朗克定律之前，但可以通过对普朗克定律对λ求极值得到。传热学【解】应用Wien位移定律T=2000K时max=2.910-3/2000=1.45mT=5800K时max=2.910-3/5800=0.50m常见物体最大辐射力对应的波长在红外线区太阳辐射最大辐射力对应的波长在可见光区【例】试分别计算温度为2000K和5800K的黑体的最大光谱辐射力所对应的波长。如不是黑体，则不完全遵守这个定律，但其变化方向是相同的，例如金属（钢锭）：当T<500ºC时，没有可见光，颜色不变；T增大，其颜色分别为暗红、鲜红、桔黄和白色。传热学(３)Stefan-Boltzmann定律(第三个定律)：40)(51012TdecdEETcbb式中，σ=5.67×10-8w/(m2K4)，是Stefan-Boltzmann常数。描述了黑体辐射力随表面温度的变化规律。1879年Stefan实验，1884年Boltzman热力学理论得出；将Plank’sLaw积分即得。传热学在实际中，有时需求出某一特定波长的辐射能量。如图中的在1和2之间的线下面积。黑体在波长λ1和λ2区段内所发射的辐射力：21dEEbb特定波长区段内的黑体辐射力黑体辐射按波段的分布传热学黑体辐射函数2211212121()40400(0)(0)2111()()bbbbbbbbEdFEdTEdEdEdTFFfTfT...