传热学_辐射部分教材
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Eθ=d2Φ(θ,φ)/dωdAe → Eθ=Iθ cosθ [W/m2∙sr] 从上式可见，在法线方向θ=0o，有En=In。 辐射力是指在单位时间内、物体单位辐射面积向半球空间所发射 全部波长的总能量。
E=∫ω=2πEθ dω= ∫ω=2πIθ cosθ dω [W/m2] → Eθ =dE /dω [W/m2∙sr] 光谱辐射力指在单位时间内、物体单位辐射面积、在波长λ附近的 单位波长间隔内向半球空间所发射的能量，Eλ=dE/dλ [W/m2∙ μm]
Leabharlann Baidu
接近黑体)；白布和黑布对可见光的吸收比不同，但对红外线的吸
收比却基本相同；普通玻璃对λ< 2μm射线的吸收比很小，对太阳
光可以全部穿透过去，但对λ≥2μm的红外线几乎是不透明的。
反射又分镜反射和漫反
射两种(见右图)。可见
两种反射是不同的，工
程材料都是漫反射。
镜反射
漫反射
第八章 热辐射的基本定律
定向辐射强度是指在某给定辐射方向上，单位时间、单位可见辐 射面积、在单位立体角内所发射全部波长的能量。 立体角是立体角为一空间角，即被立体角所切割的球面面积除以 球半径的平方称为立体角，单位为sr(球面度)。ω=A2/r2 (sr) 结合右图的几何关系可得
λmaxT =2897.6 μm.K 可见，随着温度T增高，最大光谱辐射力Ebλ,max所对应的峰值波长 λmax逐渐向短波方向移动。 斯蒂芬-玻尔兹曼(Stefan-Boltzmann)定律(第二个定律)：
第八章 热辐射的基本定律
Eb
0
Eb
d
0
ec
2
c15
dω=dA2/r2 =rdθrsinθdφ/r2 =sinθdφdθ (sr)
可见面积指站在给定辐射方向上所 看到的发射辐射能物体的表面积。 假设微元辐射面dAe位于球心地面上，在任意方向p看到的辐射面 积不是dAe ，而是dAe cosθ。 则定向辐射强度 Iθ =d2Φ(θ,φ)/dωdAe cosθ [W/(m2∙sr)]
公司
徽标
传热学 – 辐射换热部分
第八章 热辐射的基本定律
本章内容要求 重点内容： ① 认识热辐射的本质与特点； ② 理解热辐射的基本定律，即普朗克定律、斯蒂芬-波尔兹曼定 律、兰贝特余弦定律和基尔霍夫定律。 掌握内容：热辐射的特点和基本定律。 讲述基本的内容：热辐射的本质和特点，物体对热辐射的吸收、 反射和穿透及其定向辐射强度和定向辐射力的概念，理解热辐射 的四个基本定律。 8.1 基本概念 首先介绍热辐射的本质和特点。 热辐射是指由热运动产生的，以电磁波形式传递的能量。物质由
第八章 热辐射的基本定律
光谱定向辐射强度指在某给定辐射方向上，单位时间、单位可见 辐射面积、在波长λ附近的单位波长间隔内、单位立体角内所发射 全部波长的能量。即 Iλ,θ =dIθ /dλ [W/(m2∙sr∙μm)] 定向辐射力是指在某给定辐射方向上，单位时间内、物体单位辐 射面积、在单位立体角内所发射全部波长的能量。
第八章 热辐射的基本定律
分子、原子、电子等基本粒子组成，当原子内部的电子受激和振 动时就会产生交替变化的电场和磁场，发射电磁波向空间传播， 因此发射辐射能是各类物质的固有特性。能量传递的方式有电(或 磁)、热、力等，热辐射仅是辐射能中的一种。 电磁波谱 电磁辐射包含了多种形式(见下图)，其中我们所感兴趣的(工业上 有实际意义的)热辐射区域一般为0.1~100μm。
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(见图)。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等。
普朗克(Planck)定律(第一个定律)：
Eb
c15
ec2 (T ) 1
第八章 热辐射的基本定律
式中：c1 为第一辐射常数，3.742×10-16 Wm2；c2 为第二辐射常数 1.4388×10-2 WK。 右图是根据上式描 绘的黑体光谱辐射 力随波长和温度的 依变关系。λmax与T 的关系由维恩Wien 位移定律给出：
第八章 热辐射的基本定律
光谱定向辐射力指在给定辐射方向上，单位时间内、物体单位辐
射面积、在单位立体角内发射的在波长λ附近的单位波长间隔内的
能量，Eλ,θ=d2E/dλdω [W/m2∙ sr∙ μm] → E=∫ω=2π ∫0∞ Eλ,θ dλdω 8.2 热辐射的基本定律
黑体是指能吸收投入到其面上的所有热辐射能的物体，是一种科
第八章 热辐射的基本定律
物体对热辐射的吸收、反射和穿透 当热辐射投射到任何物体表面上时，一般会发生三种现象，即吸 收、反射和穿透。
Φα+ Φρ+ Φτ= Φ → α+ρ+τ=1 其中：α=Φα /Φ称为物体的吸收比； ρ为反射比； τ为穿透比。 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； 镜体或白体： ρ=1； 透明体： τ=1； 如果投射能量是某一波长下的能量，同样有αλ+ρλ+τλ =1；其中αλ、 ρλ和τλ分别为光谱吸收比、光谱反射比和光谱穿透比。
第八章 热辐射的基本定律
自然界中并不存在绝对的黑体、白体和透明体，只是实际物体的
理想模型，而且黑体、白体和透明体都是对全波长而言。在一般
温度下，可见光在全波长射线中只占有一小部分，因此物体对外
来射线吸收能力的高低不能单凭物体的颜色。如雪对可见光是良
好的反射体(肉眼看起来是白色的)，但对红外线却几乎全部吸收(
第八章 热辐射的基本定律
各种电磁波在介质中的传播速度等于光速，电磁波的传播速度： c=λf，量子理论认为辐射是离散的量子化能量束，也就是光子传播 能量的过程，光子的能量e与频率f可表示为普朗克公式：e=hf；其 中h为普朗克常数，h=6.63×10-34J∙s。 热辐射的本质决定了热辐射特点 任何物体只要温度高于0K，不停地向周围空间发出热辐射；即使 各个物体温度相同，物体发射和吸收的辐射能相等(动态平衡)。 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； (黑体)发射辐射取决于温度的4次方。
E=∫ω=2πEθ dω= ∫ω=2πIθ cosθ dω [W/m2] → Eθ =dE /dω [W/m2∙sr] 光谱辐射力指在单位时间内、物体单位辐射面积、在波长λ附近的 单位波长间隔内向半球空间所发射的能量，Eλ=dE/dλ [W/m2∙ μm]
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接近黑体)；白布和黑布对可见光的吸收比不同，但对红外线的吸
收比却基本相同；普通玻璃对λ< 2μm射线的吸收比很小，对太阳
光可以全部穿透过去，但对λ≥2μm的红外线几乎是不透明的。
反射又分镜反射和漫反
射两种(见右图)。可见
两种反射是不同的，工
程材料都是漫反射。
镜反射
漫反射
第八章 热辐射的基本定律
定向辐射强度是指在某给定辐射方向上，单位时间、单位可见辐 射面积、在单位立体角内所发射全部波长的能量。 立体角是立体角为一空间角，即被立体角所切割的球面面积除以 球半径的平方称为立体角，单位为sr(球面度)。ω=A2/r2 (sr) 结合右图的几何关系可得
λmaxT =2897.6 μm.K 可见，随着温度T增高，最大光谱辐射力Ebλ,max所对应的峰值波长 λmax逐渐向短波方向移动。 斯蒂芬-玻尔兹曼(Stefan-Boltzmann)定律(第二个定律)：
第八章 热辐射的基本定律
Eb
0
Eb
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2
c15
dω=dA2/r2 =rdθrsinθdφ/r2 =sinθdφdθ (sr)
可见面积指站在给定辐射方向上所 看到的发射辐射能物体的表面积。 假设微元辐射面dAe位于球心地面上，在任意方向p看到的辐射面 积不是dAe ，而是dAe cosθ。 则定向辐射强度 Iθ =d2Φ(θ,φ)/dωdAe cosθ [W/(m2∙sr)]
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传热学 – 辐射换热部分
第八章 热辐射的基本定律
本章内容要求 重点内容： ① 认识热辐射的本质与特点； ② 理解热辐射的基本定律，即普朗克定律、斯蒂芬-波尔兹曼定 律、兰贝特余弦定律和基尔霍夫定律。 掌握内容：热辐射的特点和基本定律。 讲述基本的内容：热辐射的本质和特点，物体对热辐射的吸收、 反射和穿透及其定向辐射强度和定向辐射力的概念，理解热辐射 的四个基本定律。 8.1 基本概念 首先介绍热辐射的本质和特点。 热辐射是指由热运动产生的，以电磁波形式传递的能量。物质由
第八章 热辐射的基本定律
光谱定向辐射强度指在某给定辐射方向上，单位时间、单位可见 辐射面积、在波长λ附近的单位波长间隔内、单位立体角内所发射 全部波长的能量。即 Iλ,θ =dIθ /dλ [W/(m2∙sr∙μm)] 定向辐射力是指在某给定辐射方向上，单位时间内、物体单位辐 射面积、在单位立体角内所发射全部波长的能量。
第八章 热辐射的基本定律
分子、原子、电子等基本粒子组成，当原子内部的电子受激和振 动时就会产生交替变化的电场和磁场，发射电磁波向空间传播， 因此发射辐射能是各类物质的固有特性。能量传递的方式有电(或 磁)、热、力等，热辐射仅是辐射能中的一种。 电磁波谱 电磁辐射包含了多种形式(见下图)，其中我们所感兴趣的(工业上 有实际意义的)热辐射区域一般为0.1~100μm。
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(见图)。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等。
普朗克(Planck)定律(第一个定律)：
Eb
c15
ec2 (T ) 1
第八章 热辐射的基本定律
式中：c1 为第一辐射常数，3.742×10-16 Wm2；c2 为第二辐射常数 1.4388×10-2 WK。 右图是根据上式描 绘的黑体光谱辐射 力随波长和温度的 依变关系。λmax与T 的关系由维恩Wien 位移定律给出：
第八章 热辐射的基本定律
光谱定向辐射力指在给定辐射方向上，单位时间内、物体单位辐
射面积、在单位立体角内发射的在波长λ附近的单位波长间隔内的
能量，Eλ,θ=d2E/dλdω [W/m2∙ sr∙ μm] → E=∫ω=2π ∫0∞ Eλ,θ dλdω 8.2 热辐射的基本定律
黑体是指能吸收投入到其面上的所有热辐射能的物体，是一种科
第八章 热辐射的基本定律
物体对热辐射的吸收、反射和穿透 当热辐射投射到任何物体表面上时，一般会发生三种现象，即吸 收、反射和穿透。
Φα+ Φρ+ Φτ= Φ → α+ρ+τ=1 其中：α=Φα /Φ称为物体的吸收比； ρ为反射比； τ为穿透比。 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； 镜体或白体： ρ=1； 透明体： τ=1； 如果投射能量是某一波长下的能量，同样有αλ+ρλ+τλ =1；其中αλ、 ρλ和τλ分别为光谱吸收比、光谱反射比和光谱穿透比。
第八章 热辐射的基本定律
自然界中并不存在绝对的黑体、白体和透明体，只是实际物体的
理想模型，而且黑体、白体和透明体都是对全波长而言。在一般
温度下，可见光在全波长射线中只占有一小部分，因此物体对外
来射线吸收能力的高低不能单凭物体的颜色。如雪对可见光是良
好的反射体(肉眼看起来是白色的)，但对红外线却几乎全部吸收(
第八章 热辐射的基本定律
各种电磁波在介质中的传播速度等于光速，电磁波的传播速度： c=λf，量子理论认为辐射是离散的量子化能量束，也就是光子传播 能量的过程，光子的能量e与频率f可表示为普朗克公式：e=hf；其 中h为普朗克常数，h=6.63×10-34J∙s。 热辐射的本质决定了热辐射特点 任何物体只要温度高于0K，不停地向周围空间发出热辐射；即使 各个物体温度相同，物体发射和吸收的辐射能相等(动态平衡)。 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； (黑体)发射辐射取决于温度的4次方。