传热学课件-清华大学 (8)

第八章热辐射的基本定律

§8-1 热辐射的基本概念一、热辐射的本质和特点

热辐射：由于热的原因而产生的电磁波辐射

发射辐射能是各类物质的固有特性

（Thermal radiation ）

辐射采暖、辐射干燥、太阳能利用、炉内辐射等

电磁波谱：

的电磁波属可见光

m µλ76.0~38.0=的电磁波称红外线

m µλ1000~76.0=：无线电波

m µλ1000>：热射线

m µλ100~1.0=太阳辐射主要能量集中在0.2~2 微米波长范围

m

µλ38.0<：紫外线、x 射线、射线等γ

二、辐射能的吸收、反射和透射

投射辐射G （Irradiation

）

一部分被吸收；Absorption

一部分被反射；Reflection

还有一部分可能穿透物体

Transmission

—吸收率；Absorptivity αG G G G =++τρα1

=++τραG

G G G =++τραρ—反射率；Reflectivity

τ—透射率; Transmissivity

镜反射：反射角等于入射角

光滑的金属表面、玻璃、塑料等

两种极端情况：

镜反射、漫反射

漫反射：被反射的辐射能均匀分布在各方向

粗糙非金属表面接近于漫反射

Specular reflection

Diffuse reflection

若投射能量是某波长下的（单色）辐射：Spectral 1 =++=++λλλλλλλλλλτρατρα或G G G G 辐射能的吸收、反射和透射

1

=++τραG G G G =++τρα—光谱吸收率、光谱反射率、光谱透射率

（单色吸收率、单色反射率、单色透射率）

λλλτρα、、是物体表面的辐射特性，与物体的性质、温度及表面状况有关

λλλτρα、、及、、 τρα全波长的特性还与投射能量的波长分布有关

τρα、、气体：对辐射能几乎没有反射能力固体和液体：分子排列非常紧密，投射辐射能在进入物体很小距离内就被全部吸收

1 0=+=ταρ；

气体：对辐射能几乎没有反射能力固体和液体：分子排列非常紧密，投射辐射能在进入物体很小距离内就被全部吸收

1 0=+=ταρ；

如：金属导体：该距离约为1 µm ；非导体：1000 µm

1 0=+=ρατ；

故：对一般固体和液体：黑体：能全部吸收外来射线的物体白体：能全部反射外来射线的物体

1=α1=ρ透明体：能被外来射线全部透过的物体1

=τ自然界中并不存在黑体、白体和透明体；它们只是实际物体热辐射性能的理想模型

煤烟α=0.96；高度磨光的纯金α=0.98

黑体是一个理想的吸收体，它能吸收来自各个方向、各种波长的全部投射能量。是比较的标准

黑体是一个理想的吸收体，它能吸收来自各个方向、各种波长的全部投射能量。是比较的标准黑体表面的辐射属于漫辐射；各方向分布均匀

对于黑体：黑体不反射、也不透射，全部被吸收

00 1

===ρτα，；人工黑体：空腔上的小孔接近于黑体

白天从远处看房屋的窗户有黑洞洞的感觉

注意：黑体、白体与黑色物体、白色物体不同颜色是对可见光而言的

黑体、白体及透明体都是对全波长而言的

而可见光只占全波长中的一小部分

故：物体对外来全波长射线的吸收能力的高低，不能凭物体的颜色来判断，白颜色物体（反射的射线在可见光部分呈白色）不一定是白体；黑颜色物体不一定是黑体

例如：雪对可见光是良好的反射体，对肉眼是白色的，但对红外线几乎能全部吸收0.8 985.0==εα；白布和黑布对可见光吸收率不同，但对红外线的吸收率基本相同

玻璃只透过可见光，对的红外线不透明

m µλ3>

2

d d r A Ωn

=

I(

随着温度T 增高，

向短波方向移动

max λ利用光学仪器测得某黑体表面

最大光谱辐射力的波长后，可

以算出该黑体表面的温度

维恩(Wien)位移定律：1891

K

m 6.2897max ⋅=⋅µλT 如：太阳K

2.5795 m 5.0max =∴=T µλT=5800K 时，峰值在可见光范围；太阳所发射的辐射能约44.6%(43%)在可见光范围m 76.0~38.0µλ=T >800K 时，辐射能中明显具有可见光射线随着温度T 的升高，可见光射线增加

T=5800K 时，峰值在可见光

范围；太阳所发射的辐射能

约44.6%(43%)在可见光范围

m

76.0~38.0µλ=T >800K 时，辐射能中明显

具有可见光射线

工业中常见高温一般低于

2000K 属于红外线范围

m

45.1max µλ=红外线：m

µλ1000~76.0=加热炉中铁块升温过程颜色变化：

T<800K 时，主要是红外线，眼睛感觉不到、暗黑；随着温度的升高，铁快颜色变为暗红色、鲜红色、橘黄色、亮白色原因：T 升高可见光增加

这一波段的辐射能占黑体辐射力的百分数

与的函数关系参见下表)0(T b F λ−T λ4

)0()0()()()(122121T

F F E F E b T b T b b b b σλλλλλλ⋅−==−−−

−