传热学-第八章VIP免费

§8-1热辐射现象的基本概念1.热辐射的定义定义：由热运动产生的以电磁波形式传递的能量成因：物体内部微观粒子的热运动状态改变特点：①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；②可以在真空中传播；③伴随能量形式的转变；④具有强烈的方向性；⑤辐射能与温度和波长均有关；⑥发射辐射取决于温度的4次方。第八章热辐射基本定律和辐射特性电磁辐射包含了多种形式，而工业上有实际意义的热辐射区域一般为0.1~100μm。可见光：0.38~0.76；近红外：0.76~25；远红外：25~1000电磁波的传播速度：c=fλ式中，c—电磁波的传播速度，在真空中c＝3×108m/s；f—频率，s-1;λ—波长，m，常用单位为μm电磁辐射波谱2.电磁波谱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。11=++⇓⇓⇓=++⇒++=τρατρατραQQQQQQQQQQ3.物体对热辐射的吸收、反射和穿透吸收比(α)：外界投射到物体表面的总能量Q中被物体吸收的部分Qα与Q的比值反射比(ρ)：外界投射到物体表面的总能量Q中被物体吸收的部分Qρ与Q的比值穿透比(τ)：外界投射到物体表面的总能量Q中被物体吸收的部分Qτ与Q的比值对于大多数的固体和液体：τ＝0，α＋ρ＝1对于不含颗粒的气体：ρ＝0，α＋τ＝1对于黑体：α＝1，煤烟的α≈0.96镜体或白体：ρ＝1，高度抛光的纯金ρ≈0.98透明物体：τ＝1镜反射漫反射反射镜反射λ>Δ漫反射λ<Δ黑体、白体、透明体是对全波长射线而言。在一般温度条件下，由于可见光在全波长射线中只占很小的一部分，所以物体对外来射线吸收能力的高低，不能仅凭物体的颜色来判断。雪对可见光是良好的反射体，但对红外线却几乎能全部吸收，非常接近黑体。普通玻璃对波长小于2μm的射线几乎是透明的，但对于2μm以上的红外线几乎是不透明的。1.黑体概念§8-2黑体辐射的基本定律黑体：是指能吸收投入到其面上的所有热辐射能的物体，α=1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。黑体模型如：内壁温度均匀，α内=0.6，S孔/S内≤0.6%，α孔=0.996(1)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)；2.热辐射能量的表示方法E和Eλ之间具有如下关系：λλdEE∫∞=0黑体一般采用下标“b”表示，如黑体的辐射力为Eb，黑体的光谱辐射力为Ebλ(2)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间发射的能量。(W/m3)；式中，λ为波长，m；T为黑体温度，K；c1为第一辐射常数，3.742×10-16w⋅m2；c2为第二辐射常数，1.4388×10-2m⋅K；3.黑体辐射的三个基本定律及相关性质1)(251−=−TcbecEλλλ(1)Planck定律(第一个定律)—黑体光谱辐射力随波长的变化例：测得对应于太阳最大单色辐射力的峰值波长约为0.5μm，若将太阳近似看为黑体，求太阳表面的温度。解：根据Wien位移定律可计算KmTm⋅×=−3108976.2λ1891年Wien用热力学理论推出了黑体的峰值波长与绝对温度T之间的函数关系—Wien位移定律K5795105.0108976.2108976.2633=××=×=−−−mTλ(2)Stefan-Boltzmann定律(第二个定律)—黑体的辐射力与热力学温度的关系∫=Δ21λλλλdEEbb40)(51012TdecdEETcbbσλλλλλ=−==∫∫∞−∞式中，σ=5.67×10-8w/(m2⋅K4)，是Stefan-Boltzmann常数。(3)黑体辐射函数黑体在波长λ1和λ2区段内所发射的辐射力，如图所示：特定波长区段内的黑体辐射力)()(1112)10()20(10204214021)21(TfTfFFdEdETdETdEdEFbbbbbbbbλλλλσλσλλλλλλλλλλλλλλλλλ−=−=⎟⎠⎞⎜⎝⎛−===−−∞−∫∫∫∫∫定义：球面面积除以球半径的平方称为立体角，单位：sr(空间度)，如下图所示：ϕθθddddsin2==ΩrAc(4)立体角黑体辐射函数:立体角定义图计算微元立体角的几何关系定义：单位时间内，物体在垂直发射方向的单位面积上，在单位立体角内发射的一切波长的能量，参见图ΩΦ=dddθϕθϕθcos),(),(AI(5)定向辐射强度I(θ,ϕ)：(6)Lambert定律(第三个定律)定向辐射强度的定义图θϕθcos),(IA=ΩΦddd它说明黑体的定向辐射力随天顶角θ呈余...