第8章热辐射的基本定律资料
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❖ 基本定律： 牛顿冷却定律
❖ 主要任务： 求解表面换热系数h及换热量
❖ 重点：准则关联式的应用
2020/9/10
《传热学》
李琼
第八章 热辐射的基本定律
Basic Law of Thermal Radiation
2020/9/10
传热学 李琼
3
辐射应用实例
相同室温，冬夏穿 着不同。
深秋，树叶向上 一面结霜。
一般工程材料的表面较粗糙，接近漫反射。
2020/9/10
《传热学》
李琼
2、理想辐射模型：
黑体：
1
镜体或白体： 透明体：
1 1
❖ 黑体不是黑色物体；
❖ 黑体，镜体和透明体并不存在。 人工可以制造十分接近黑体(内表
面6%的小孔，α≈0.996)的模型。
❖ 黑体如同不可压流体、可逆循环 等一样，是一种理想化的研究方 法。
导热部分
❖ 主要内容：
• 理论基础 • 稳态导热 • 非稳态导热 • 导热数值解基础
❖ 导热问题的求解目标和思路：
问题分析——建立物理模型——建立数 学模型——求解
❖ 主要任务：
求解温度场和热流场
2020/9/10
《传热学》
李琼
对流换热部分
❖ 主要内容：
• 对流换热分析（分析法、类比法、实验法） • 单相流体对流换热 • 凝结与沸腾换热
2020/9/10
《传热学》
李琼
第一节 基本概念
一. 热辐射的本质和特点 1、定义和本质： 辐射：以电磁波传递能量的过程。 热辐射：由于自身温度或热的原因而发生的电磁波
传递。 热辐射是电磁波，它就由一般电磁波的共性，即 它是以光速在空间传播的。有下列关系成立：
c f
e hf
2020/9/10
《传热学》
李琼
分析：c f e hf
❖ 式中： 在真空中c=3.0×108m/s;h=6.63×10-34Js
❖ 不同波长、不同频率的电磁波具有不同的能量； ❖ 辐射能即电磁波或光子所运载的能量； ❖ 波粒二重性（电磁波理论和量子理论）； ❖ 研究方法：
• 以量子理论为基础的微观方法（主要用于解释物
体的发射与吸收特性）；
对于纯气体（不含颗粒）： 0, 1
分析：
1)气体的吸收和辐射是在整个气体容积中进行。
2)气体的吸收和穿透特性与气体内部特征有关，与其表面 状况无关；
3)善于吸收的气体，就不善于透射，反之亦然。
2020/9/10
《传热学》
李琼
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
2020/9/10
《传热学》
李琼
2020/9/10
《传热学》
辐射应用实例
锅 炉 炉 膛 火 焰 与 水 冷 壁 辐 射 换 热
Leabharlann Baidu李琼
地板辐射采暖
辐射应用实例
2020/9/10
《传热学》
李琼
辐射应用实例
太阳能的利用主要有两大方向：转化为热能和转 化为电能。
2020/9/10
《传热学》
李琼
伦敦“零碳馆”
0.76～20μm，可见光段内热辐射比重不大； ❖ 太阳：5762K，主要能量集中在0.2～2μm，
可见光段内热辐射很大比重。
2020/9/10
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2、特点：
❖ 不依赖物体的接触而进行热量传递，可以 在真空中传播；
❖ 伴随能量形式的两次转变：
• 发射：内能→电磁波 • 吸收：电磁波→内能
❖任何物体，只要温度高于0 K，就会不停地 向周围空间发出热辐射；
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二、物体对热辐射的吸收、反射和穿透
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。
G G G G
G G G 1 GGG
• 以能量守恒为基础的宏观方法（主要用于辐射换
热计算）。
2020/9/10
《传热学》
李琼
2020/9/10
《传热学》
李琼
分析上图：
❖ 热辐射的主要波谱：0.1～100μm 热效应显著，称为热射线，包括可见光线、部 分红外和紫外线；
❖ 可见光：0.38～0.76μm ❖ 紫外、伦琴射线：λ<0.38μm ❖ 红外线：0.76～100μm ❖ 地球上大部分物体<2000K，大部分能量在
❖ α、 ρ、 τ是物体表面的辐射特性，和物体的 性质、温度及表面状况有关。
2020/9/10
《传热学》
李琼
对于大多数的固体和液体： 0, 1
分析： 1)热射线的吸收和反射几乎都在表面进行。 2)物体全波长特性参数与投射过来的辐射能波长分布有关； 3)就工程材料而言，善于吸收的表面，就不善于反射。
2020/9/10
《传热学》
李琼
应注意以下几个问题：
❖ ⑴镜反射和漫反射。一般工程材料均形成 漫反射。
❖ ⑵物体的颜色。关键在于是物体本身发射 可见光还是物体反射可见光。
❖ ⑶理想辐射模型均是对全波长而言的。
2020/9/10
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李琼
三、定向辐射强度和定向辐射力
1、 立体角
平面角如图，s为弧长，r为半径。=s/r （rad） 立体角如图，一个半球，在球面上取一个小面积， 在这个面积周边向球心做射线，则这些射线所包围 的空间即为立体角。立体角的度量用球面度。
2020/9/10
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辐射应用实例
辐射干燥机
2020/9/10
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李琼
热辐射与导热、对流换热的区别
❖ 机理上本质不同：
• 在导热与对流过程中，能量传递依靠介质微观
粒子热运动和宏观运动实现；
• 热辐射中，能量的传递依靠电磁波传递实现，
并伴随有能量形式的转化；
❖ 研究方法不同：
电磁辐射的物理基础→热辐射的基本定律 →理想物体和实际物体的辐射特性→物体 间辐射换热量计算
s
θr
平面角定义图
2020/9/10
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即： A2 r 2 (sr)
半圆： s r r r (rad)
半球： A2 r 2 2r 2 r 2 2 (sr)
如图，在半球上割下一块微元面积
dA2，则dA2对应的立体角为微元立
体角
d dA2 r 2
为清楚起见，将这个立体角放大，
1
2020/9/10
《传热学》
李琼
1、吸收比、反射比和穿透比
❖ α称为物体的吸收比，表示投射的总能量中被 吸收的能量所占份额；
❖ ρ称为物体的反射比，表示被反射的能量所占 份额；
❖ τ 称为物体的穿透比，表示被透射的能量所占 份额；
❖ 如果投射能量是某一波长下的辐射能，上述关 系同样适用；
❖ 主要任务： 求解表面换热系数h及换热量
❖ 重点：准则关联式的应用
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第八章 热辐射的基本定律
Basic Law of Thermal Radiation
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辐射应用实例
相同室温，冬夏穿 着不同。
深秋，树叶向上 一面结霜。
一般工程材料的表面较粗糙，接近漫反射。
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2、理想辐射模型：
黑体：
1
镜体或白体： 透明体：
1 1
❖ 黑体不是黑色物体；
❖ 黑体，镜体和透明体并不存在。 人工可以制造十分接近黑体(内表
面6%的小孔，α≈0.996)的模型。
❖ 黑体如同不可压流体、可逆循环 等一样，是一种理想化的研究方 法。
导热部分
❖ 主要内容：
• 理论基础 • 稳态导热 • 非稳态导热 • 导热数值解基础
❖ 导热问题的求解目标和思路：
问题分析——建立物理模型——建立数 学模型——求解
❖ 主要任务：
求解温度场和热流场
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对流换热部分
❖ 主要内容：
• 对流换热分析（分析法、类比法、实验法） • 单相流体对流换热 • 凝结与沸腾换热
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第一节 基本概念
一. 热辐射的本质和特点 1、定义和本质： 辐射：以电磁波传递能量的过程。 热辐射：由于自身温度或热的原因而发生的电磁波
传递。 热辐射是电磁波，它就由一般电磁波的共性，即 它是以光速在空间传播的。有下列关系成立：
c f
e hf
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分析：c f e hf
❖ 式中： 在真空中c=3.0×108m/s;h=6.63×10-34Js
❖ 不同波长、不同频率的电磁波具有不同的能量； ❖ 辐射能即电磁波或光子所运载的能量； ❖ 波粒二重性（电磁波理论和量子理论）； ❖ 研究方法：
• 以量子理论为基础的微观方法（主要用于解释物
体的发射与吸收特性）；
对于纯气体（不含颗粒）： 0, 1
分析：
1)气体的吸收和辐射是在整个气体容积中进行。
2)气体的吸收和穿透特性与气体内部特征有关，与其表面 状况无关；
3)善于吸收的气体，就不善于透射，反之亦然。
2020/9/10
《传热学》
李琼
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
2020/9/10
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《传热学》
辐射应用实例
锅 炉 炉 膛 火 焰 与 水 冷 壁 辐 射 换 热
Leabharlann Baidu李琼
地板辐射采暖
辐射应用实例
2020/9/10
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李琼
辐射应用实例
太阳能的利用主要有两大方向：转化为热能和转 化为电能。
2020/9/10
《传热学》
李琼
伦敦“零碳馆”
0.76～20μm，可见光段内热辐射比重不大； ❖ 太阳：5762K，主要能量集中在0.2～2μm，
可见光段内热辐射很大比重。
2020/9/10
《传热学》
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2、特点：
❖ 不依赖物体的接触而进行热量传递，可以 在真空中传播；
❖ 伴随能量形式的两次转变：
• 发射：内能→电磁波 • 吸收：电磁波→内能
❖任何物体，只要温度高于0 K，就会不停地 向周围空间发出热辐射；
2020/9/10
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《传热学》
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二、物体对热辐射的吸收、反射和穿透
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。
G G G G
G G G 1 GGG
• 以能量守恒为基础的宏观方法（主要用于辐射换
热计算）。
2020/9/10
《传热学》
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《传热学》
李琼
分析上图：
❖ 热辐射的主要波谱：0.1～100μm 热效应显著，称为热射线，包括可见光线、部 分红外和紫外线；
❖ 可见光：0.38～0.76μm ❖ 紫外、伦琴射线：λ<0.38μm ❖ 红外线：0.76～100μm ❖ 地球上大部分物体<2000K，大部分能量在
❖ α、 ρ、 τ是物体表面的辐射特性，和物体的 性质、温度及表面状况有关。
2020/9/10
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对于大多数的固体和液体： 0, 1
分析： 1)热射线的吸收和反射几乎都在表面进行。 2)物体全波长特性参数与投射过来的辐射能波长分布有关； 3)就工程材料而言，善于吸收的表面，就不善于反射。
2020/9/10
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李琼
应注意以下几个问题：
❖ ⑴镜反射和漫反射。一般工程材料均形成 漫反射。
❖ ⑵物体的颜色。关键在于是物体本身发射 可见光还是物体反射可见光。
❖ ⑶理想辐射模型均是对全波长而言的。
2020/9/10
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李琼
三、定向辐射强度和定向辐射力
1、 立体角
平面角如图，s为弧长，r为半径。=s/r （rad） 立体角如图，一个半球，在球面上取一个小面积， 在这个面积周边向球心做射线，则这些射线所包围 的空间即为立体角。立体角的度量用球面度。
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辐射应用实例
辐射干燥机
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李琼
热辐射与导热、对流换热的区别
❖ 机理上本质不同：
• 在导热与对流过程中，能量传递依靠介质微观
粒子热运动和宏观运动实现；
• 热辐射中，能量的传递依靠电磁波传递实现，
并伴随有能量形式的转化；
❖ 研究方法不同：
电磁辐射的物理基础→热辐射的基本定律 →理想物体和实际物体的辐射特性→物体 间辐射换热量计算
s
θr
平面角定义图
2020/9/10
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即： A2 r 2 (sr)
半圆： s r r r (rad)
半球： A2 r 2 2r 2 r 2 2 (sr)
如图，在半球上割下一块微元面积
dA2，则dA2对应的立体角为微元立
体角
d dA2 r 2
为清楚起见，将这个立体角放大，
1
2020/9/10
《传热学》
李琼
1、吸收比、反射比和穿透比
❖ α称为物体的吸收比，表示投射的总能量中被 吸收的能量所占份额；
❖ ρ称为物体的反射比，表示被反射的能量所占 份额；
❖ τ 称为物体的穿透比，表示被透射的能量所占 份额；
❖ 如果投射能量是某一波长下的辐射能，上述关 系同样适用；