辐射换热教程

图6-7 黑体Eλ和波长、温度的关系
用一条曲线来表示普朗克定律
将上式两端均除以T5，得
Eb, T5
C1
(T )5 (eC2
/(T )
-1)
f (T )
图6-8 黑体单色辐射力与λT的函数关系
6.2.3维恩定律 对应于最大单色辐射力的波长与物体的绝对温度间的关系
称为维恩位移定律
mT 2.8976 10 3
m·K
钢锭加温时： 黑－红－白 波长测温
图6-7 黑体Eλ和波长、温度的关系
6.2.4 斯蒂芬－玻尔兹曼定律 黑体的总辐射力
Eb
0 Eb, d
0
C1
eC2 /(T
-5 )
-
1
d
0T
4
W/m2
0 5.6697 10-8 W/(m2 K4 ) －－黑体辐射常数
或
Eb
C0
(T 100
dF
dQ
cos d
W/(m2·sr)
图6-6 辐射强度定义
6.2.2 普朗克定律（1901年）
黑体的单色辐射力和温度、 波长之间存在着如下关系：
Eb,
C1 5
eC2 /(T ) 1
W/m2
λ:波长（m）； T:为黑体的绝对温度（K）； C1 常数，为3.743×10-16 W·m2； C2 常数，为 1.4387×10-2 m·K。
I
dF
dQ ＝I
cos d
对于服从兰贝特定律的辐射 ： dQ I cos dFd
黑体单位面积发出的辐射能落在空间不同方向单位立体角中 的能量值不等，其数值正比例于该方向与表面法线之间夹角 的余弦值。所以，兰贝特定律又称为余弦定律。
漫辐射表面:辐射强度在空间各个方向上都相等．
黑体或具有漫辐射表面的物体，在其法线方向上辐射力 最大，在90度方向上最小，为0。
包含全部波长的辐射能
2. 单色辐射力Eλ 单位： W/m2 单位时间内物体单位表面积向半球空间的一切方向发射的 某一波长的辐射能
3. 方向辐射力 E 单位：W/(m2 sr) 单位时间内物体单位表面积向半球空间的某一方向在单位立 体角内所发射的一切波长的辐射能
立体角： 半球表面上被立体角切割的面积除以半径的平方 单位：sr（球面度）
对于辐射能按空间方向的分布服从兰贝特定律的物体， 其辐射强度和辐射力间的关系
E
2 E d
dQ d 2 dFd
I cosd 2
I cos sindd 2
2
I
2 sin cosdd
=0 0
I
6.3 实际物体的辐射和吸收
实际物体的辐射和吸收比黑体要复杂得多，其特性取决于许多因素， 如组成、表面粗糙度、温度、辐射波长等
绝对黑体模型:
注意:黑色的物体不同于黑体, 白色的物体不同于白体. 颜色对可见光而言；白体、黑体、透明体对全波长而言. 白颜色物体(反射可见光呈白色)不一定是白体; 黑颜色物体不一定是黑体.
6.2 黑体辐射的基本性质
1. 总辐射力E
单位： W/m2
单位时间内物体单位表面积向半球空间的一切方向发射的
第六章 辐射换热
6.l 热辐射的基本概念 6.2 黑体辐射的基本性质 6.3 实际物体的辐射和吸收 6.4 黑体间的辐射换热及角系数 6.5 灰体表面间的辐射换热
6.l 热辐射的基本概念 6.l.1 热辐射的本质
热辐射: 物体由于热的原因而产生的电磁波辐射.
构成物质的微观粒子因振荡和跃迁而发射辐射能
ω=f/r2
图6-5 立体角的定义
d
df r2
rd r sin d
r2
sin dd
有关辐射力的定义间的关系式
E
dE
d
E 0 Ed
E
dE
d
2
E 2 E d 0
2
0
E
sin dd
辐射强度：
单位时间内在某一方向上,物体单位可见辐射面积在单位立体角 内辐射的一切波长的能量
I
6.3.1 实际物体的辐射
黑度（又称发射率）：
实际物体的辐射力与同温度下
黑体的辐射力之比
l. 黑度
E
Eb
2. 单色黑度
E Eb,
3. 方向黑度
E Eb,
图6-9 实际物体与灰体的单色辐射力
)4
W/m2
C0 5.6697 W/(m2 K 4 ) －－黑体辐射系数 又称为辐射的四次方定律
某温度下黑体发射的一定波长范围内的辐射能
E E d b,(1-2 )
2 1 b,
Baidu Nhomakorabea
2
0
Eb, d
-
1
0
Eb,
d
引入辐射函数
0 Eb,d 0 Eb,d
[
0
(eC2
C1d
/(T )
-1)
频率[1/s]; 波长[m]
辐射的本质: 既有波动性,又有粒子性.
热辐射的特点:
1. 不依靠物质接触进行传热; 2. 辐射过程伴随能量形式的转化; 3. 一切温度高于0 K的物体都会不停地发射热射线.
6.1.2辐射能的吸收、反射和透过
Q QA QR QD
QA QR QD 1 QQQ
5
]
/
0T
4
T 0
C1d (T ) 0 (eC2 /(T ) -1)(T )5
f (T )
辐射函数仅为T 的函数。该函数值列于表6-1中
Eb,(1-2 ) [ f (2T ) f (1T )]0T 4
6.2.5 兰贝特定律
黑体在任意方向上的辐射强度与方向无关，都等于它在法线
方向上的辐射力 I
电磁波谱 热辐射是电磁辐射(电磁波)的一种
0.38 ~ 0.76 m 可见光 4 103 0.38 m 紫外线, x射线, 射线等 0.76 ~ 1000 m 红外线 1000 m 无线电波 0.1~ 100 m 热射线
热辐射具有一般辐射现象的共性.以光速传播:
c
c 电磁波的传播速度, 3108 m / s
QA A, QR R， QD D
Q
Q
Q
A R D 1
图6-2 射线被吸收、反射和透 过的示意图
A、R、D分别称为物体的吸收率、反射率和穿透率 与物体的性质、温度、表面状况有关 与投射能量的波长分布有关
镜面反射和漫反射:
镜面反射: 反射角等于入射角 光滑的金属表面, 玻璃, 塑料等
漫 反 射: 被反射的辐射能(均匀)分布在各个方向上。 粗糙的金属表面近于漫射面
绝对透明体： D＝1、能让投射到它上面的辐射能全部透过 双原子气体，如氧气、氮气及空气等，对热射线就是 近似透明体
绝对白体：R＝1，简称白体，能反射投射到其表面上的全部 热射线
绝对黑体：A＝1，简称黑体，能吸收投射到其上的全部辐射能。
在辐射换热理论中，黑体占有重要地位，热辐射的基本定律 是在黑体的基础上得出的。