材料科学基础(热工设备)

2.热辐射能量的表示方法
（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。
E dQ dA
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4.2 黑体辐射的基本定律
（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。
第三章 传热学
第一节 概述 第二节 热传导 第三节 对流传热 第四节 热辐射 第五节 传热过程与换热器
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第三章 传热学
第四节 热辐射
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第三章 传热学
—第四节 热辐射
4.1 热辐射的基本概念
3.黑体辐射的基本定律 及相关性质
E
Eb
(1)斯蒂芬stefan—波尔兹曼 E Eb
Boltzmann定律
黑度ε：同一温度下，实际
Cb
T
4
100
物体与黑体的辐射能力之 比。只与物体本身的情况 有关，与外界的情况无关，
C
T 4 100
实验测定。
C 5.669 W/(m2 K4 )
E dQ d 2Q
dA ddA
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4.2 黑体辐射的基本定律
E、Eλ关系:
E
0
E d
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
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4.2 黑体辐射的基本定律
（３）方向辐射力Eφ(W/m2Sr) ：
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4.2 黑体辐射的基本定律
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。
黑体模型
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4.2 黑体辐射的基本定律
4.2 黑体辐射的基本定律
3.黑体辐射的基本定律及相关性质
(1)斯蒂芬stefan—波尔兹曼Boltzmann定
律
Cb为黑体的辐射系数，其数值为5.669 W/m2.K4
黑体的辐射能力与热力学温度的四次方成正比—
—四次方定律
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4.2 黑体辐射的基本定律
灰体的辐射系数
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4.2 黑体辐射的基本定律
3.黑体辐射的基本定律及相关性质
(2)Planck定律(第一个定律)： 黑体单色辐射力
式中，λ— 波长，m ； T — 黑体温度，K ；
c1 — 第一辐射常数，3.742×10-16 Wm2； c2 — 第二辐射常数，1.4388×10-2 ｍK；
d
df r2
d
sin d d
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4.2 黑体辐射的基本定律
（４）定向辐射强度Ｉ ：
定义：单位时间内，物体在垂直发射方向 单位面积上，在单位立体角
内发射的一切波长的能量。
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4.2 黑体辐射的基本定律
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漫反射
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4.1 热辐射的基本概念
4.透热体、白体与黑体 黑体：能全部吸收辐射能的物体 α=1； 白体：能全部反射辐射能的物体 ρ=1； 透热体：能全部透过辐射能的物体 τ=1； 灰体：能以相同的吸收率α，吸收全部波长
辐射能的物体。 工业上，多数物体都可近似视为灰体
3.黑体辐射的基本定律及相关性质
(1)斯蒂芬stefan—波尔兹曼Boltzmann定
律
Eb T 4
Eb——绝对黑体辐射力，W/m2；T ——
黑体的热力学温度 K，σ ——玻耳兹曼常
数（黑体辐射常数），其值为5.67×10-8
W/m2.k4。
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4.2 黑体辐射的基本定律
Planck 定律的图示
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式向外发射能量懂的过程。 ２.特点 a 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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4.1 热辐射的基本概念
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4.1 热辐射的基本概念
２.特点 b不需要介质，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；
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4.1 热辐射的基本概念
3. 物体对热辐射的吸收、反射和穿透
Q Q Qr Qt
反射率
reflectivity
Q Qr Qt 1 Q QQ
1
吸收率
absorptivity
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透过率
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。
E
d 2Q
ddA
微元立体角
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d
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4.2 黑体辐射的基本定律
立体角定义： 球面面积除以球半径的平方称为立体角， 单位：sr(球面度)。
transmissivity
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4.1 热辐射的基本概念
1
对于大多数的固体和液体： 0, 1
对于不含颗粒的气体： 0, 1
对于黑体：
1
镜体或白体：
1
透明体：
1
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4.1 热辐射的基本概念
反射又分镜反射和漫反射两种
镜反射
4.2 黑体辐射的基本定律
4.3 实际固体和液体的辐射特性
4.4 实际固体的吸收比和基尔霍夫定律
4.5 角系数的定义、性质及计算
4.6 两固体表面间的辐射换热
4.7 辐射换热的强化与削弱
4.8 气体辐射
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4.1 热辐射的基本概念
１.定义： 辐射：物体通过电磁波来传递能量的过程。 热辐射：物体由于热的原因以电磁波的形