自然对流换热
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9
定向辐射力与辐射力之间的关系：
E
2
E d
定向辐射力与辐射强度之间的关系：
E L cos
辐射力与辐射强度之间的关系：
E
2
L cowenku.baidu.com d
10
11-2 黑体辐射的基本定律
1.普朗克（Planck）定律 2.斯忒藩-玻耳兹曼（Stefan-Boltzmann）定律 3.兰贝特（Lambert）定律
镜反射与漫反射：
产生何种反射决于物体 表面的粗糙程度和投射辐射 能的波长 。
4
2. 灰体与黑体
灰体： 光谱辐射特性不随波长而变化的假想物体， 即 , , 分别等于常数。
0
G d
0
G d
0
G d
0
G d
0
G d
7
辐射强度的大小不仅取决于物体种类、表面性质、 温度，还与方向有关。对于各向同性的物体表面，辐射 强度与角 无关， L , L 。 光谱辐射强度：某波长辐射能的辐射强度称为该 波长的光谱辐射强度。 辐射强度与光谱辐射强度之间的关系 L L d 0 光谱辐射强度的单位为W/(m3Sr)或W/(m2mSr)。
11
1. 普朗克定律
Eb e
C2 / T
C1
5
1
C1= 3.743×10-16 Wm2 ; C2 = 1.439×10-2 mK。
特点： （ 1 ）温度愈高，同一 波长下的光谱辐射力愈大； （2）在一定的温度下，黑体的光谱辐射力在某一 波长下具有最大值； （ 3 ）随着温度的升高， Eb取得最大值的波长 max 愈来愈小，即在坐标中的位置向短波方向移动。
0
G d
0
G d
G d
3
0
注意： （1） , , 属于物体的辐射特性，取决于物
体的种类、温度和表面状况，是波长的函数。 , , 不仅取决于物体的性质，还与投射辐射 能的波长分布有关。 （ 2 ）固体和液体对辐射能的吸收和反射基本上 属于表面效应 ： 金属的表面层厚度小于 1m；绝大多 数非金属的表面层厚度小于1mm。 （3）对于固体和液体， 0, 1 。
第十一章 辐射换热
第八章已指出，热辐射是热量传递的基本 方式之一，以热辐射方式进行的热量交换称为 辐射换热。辐射换热在热能动力工程、核能工 程、冶金、化工、航天、太阳能利用、干燥技 术以及日常生活中的加热、供暖等方面具有非 常广泛的应用。
本章主要从宏观的角度介绍热辐射的基本 概念、基本定律以及辐射换热的计算方法。
1
11-1
热辐射的基本概念
1. 吸收、反射与透射
投入辐射 : 单位时间内投射到 单位面积物体表面上的全波长范围 内的辐射能。G W/m2 吸收辐射: G W/m2
反射辐射: G W/m2
透射辐射: G W/m2
2
G G G 反射比 吸收比 透射比 G G G 1 根据能量守恒， G G G G
2. 斯忒藩-玻耳兹曼定律
斯忒藩-玻耳兹曼定律表达式：
Eb T
4
（四次方定律）
式中 = 5.67×10-8 W/(m2K4)，称为斯忒藩-玻耳兹曼 常量(数)，又称为黑体辐射常数。
13
斯忒藩—玻耳兹曼定律表达式可直接由下式导出 ：
Eb Eb d
0
0
C1 5 d C2 /( T ) e 1
波段辐射力 Eb 1 2
Eb 1 2 Eb d
1
2
Eb d Eb d
0 0
2
1
波段辐射力 Eb 占黑体辐射力Eb的百分数
8
4.辐射力
辐射力：在单位时间内，每单位面积表面向半球空间 发射的全部波长的辐射能，用E表示，单位为W/m2。
光谱辐射力： 单位时间内，单位面积物体表面向半 球空间发射的某一波长的辐射能，用 E 表示，单位为 W/m3。 辐射力与光谱辐射力之间的关系
E E d
0
定向辐射力：在单位时间内，单位面积表面向某方 向发射的单位立体角内的辐射能 ， 用 E 表示，单位为 W/(m2sr)。
12
维恩（Wien）位移定律:
maxT 2.8976 103 2.9 103
m K
太阳表面温度约为5800 K，由上式可求得max=0.5 m，位于可见光范围内，可见光占太阳辐射能的份额 约为44.6% 。 对于2000 K温度下黑体, 可求得max=1.45 m，位 于红外线范围内。
如果投入辐射是某一波长的辐射能G ，则
G G
光谱吸收比
G G
G G
光谱透射比
光谱反射比
1 , , 与 , , 的关系：
0
G d
0
G d
0
G d
G d
0
绝对黑体： 吸收比 = 1的物体，简称黑体。黑体 和灰体一样，是一种理想物体。 人工黑体模型： 镜体（漫反射时称为白体）： = 1 绝对透明体 ： = 1 注意：黑体、白体与黑色、白色物体的区别。
5
3. 辐射强度
辐射强度说明物体表面在空间某个方向上发射辐 射能的多少。 立体角： 半径为r的 球面上面积 A 与球心所 对应的空间角度， A 2 r 单位为Sr（球面度）
（ ， ） 方向上的 微元面积 dA2对球心所 张的微元立体角 dA2 rd r sin d d 2 = sin d d 2 r r
6
辐射强度： 单位时间内从单位投影面积（可见面积）所发 出的包含在单位立体角内的所有波长的辐射能。
d L , dA1cos d L , 称为dA1在（，）方向的辐射强度，或称为定 向辐射强度，单位是W/(m2Sr)。
定向辐射力与辐射力之间的关系：
E
2
E d
定向辐射力与辐射强度之间的关系：
E L cos
辐射力与辐射强度之间的关系：
E
2
L cowenku.baidu.com d
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11-2 黑体辐射的基本定律
1.普朗克（Planck）定律 2.斯忒藩-玻耳兹曼（Stefan-Boltzmann）定律 3.兰贝特（Lambert）定律
镜反射与漫反射：
产生何种反射决于物体 表面的粗糙程度和投射辐射 能的波长 。
4
2. 灰体与黑体
灰体： 光谱辐射特性不随波长而变化的假想物体， 即 , , 分别等于常数。
0
G d
0
G d
0
G d
0
G d
0
G d
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辐射强度的大小不仅取决于物体种类、表面性质、 温度，还与方向有关。对于各向同性的物体表面，辐射 强度与角 无关， L , L 。 光谱辐射强度：某波长辐射能的辐射强度称为该 波长的光谱辐射强度。 辐射强度与光谱辐射强度之间的关系 L L d 0 光谱辐射强度的单位为W/(m3Sr)或W/(m2mSr)。
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1. 普朗克定律
Eb e
C2 / T
C1
5
1
C1= 3.743×10-16 Wm2 ; C2 = 1.439×10-2 mK。
特点： （ 1 ）温度愈高，同一 波长下的光谱辐射力愈大； （2）在一定的温度下，黑体的光谱辐射力在某一 波长下具有最大值； （ 3 ）随着温度的升高， Eb取得最大值的波长 max 愈来愈小，即在坐标中的位置向短波方向移动。
0
G d
0
G d
G d
3
0
注意： （1） , , 属于物体的辐射特性，取决于物
体的种类、温度和表面状况，是波长的函数。 , , 不仅取决于物体的性质，还与投射辐射 能的波长分布有关。 （ 2 ）固体和液体对辐射能的吸收和反射基本上 属于表面效应 ： 金属的表面层厚度小于 1m；绝大多 数非金属的表面层厚度小于1mm。 （3）对于固体和液体， 0, 1 。
第十一章 辐射换热
第八章已指出，热辐射是热量传递的基本 方式之一，以热辐射方式进行的热量交换称为 辐射换热。辐射换热在热能动力工程、核能工 程、冶金、化工、航天、太阳能利用、干燥技 术以及日常生活中的加热、供暖等方面具有非 常广泛的应用。
本章主要从宏观的角度介绍热辐射的基本 概念、基本定律以及辐射换热的计算方法。
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11-1
热辐射的基本概念
1. 吸收、反射与透射
投入辐射 : 单位时间内投射到 单位面积物体表面上的全波长范围 内的辐射能。G W/m2 吸收辐射: G W/m2
反射辐射: G W/m2
透射辐射: G W/m2
2
G G G 反射比 吸收比 透射比 G G G 1 根据能量守恒， G G G G
2. 斯忒藩-玻耳兹曼定律
斯忒藩-玻耳兹曼定律表达式：
Eb T
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（四次方定律）
式中 = 5.67×10-8 W/(m2K4)，称为斯忒藩-玻耳兹曼 常量(数)，又称为黑体辐射常数。
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斯忒藩—玻耳兹曼定律表达式可直接由下式导出 ：
Eb Eb d
0
0
C1 5 d C2 /( T ) e 1
波段辐射力 Eb 1 2
Eb 1 2 Eb d
1
2
Eb d Eb d
0 0
2
1
波段辐射力 Eb 占黑体辐射力Eb的百分数
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4.辐射力
辐射力：在单位时间内，每单位面积表面向半球空间 发射的全部波长的辐射能，用E表示，单位为W/m2。
光谱辐射力： 单位时间内，单位面积物体表面向半 球空间发射的某一波长的辐射能，用 E 表示，单位为 W/m3。 辐射力与光谱辐射力之间的关系
E E d
0
定向辐射力：在单位时间内，单位面积表面向某方 向发射的单位立体角内的辐射能 ， 用 E 表示，单位为 W/(m2sr)。
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维恩（Wien）位移定律:
maxT 2.8976 103 2.9 103
m K
太阳表面温度约为5800 K，由上式可求得max=0.5 m，位于可见光范围内，可见光占太阳辐射能的份额 约为44.6% 。 对于2000 K温度下黑体, 可求得max=1.45 m，位 于红外线范围内。
如果投入辐射是某一波长的辐射能G ，则
G G
光谱吸收比
G G
G G
光谱透射比
光谱反射比
1 , , 与 , , 的关系：
0
G d
0
G d
0
G d
G d
0
绝对黑体： 吸收比 = 1的物体，简称黑体。黑体 和灰体一样，是一种理想物体。 人工黑体模型： 镜体（漫反射时称为白体）： = 1 绝对透明体 ： = 1 注意：黑体、白体与黑色、白色物体的区别。
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3. 辐射强度
辐射强度说明物体表面在空间某个方向上发射辐 射能的多少。 立体角： 半径为r的 球面上面积 A 与球心所 对应的空间角度， A 2 r 单位为Sr（球面度）
（ ， ） 方向上的 微元面积 dA2对球心所 张的微元立体角 dA2 rd r sin d d 2 = sin d d 2 r r
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辐射强度： 单位时间内从单位投影面积（可见面积）所发 出的包含在单位立体角内的所有波长的辐射能。
d L , dA1cos d L , 称为dA1在（，）方向的辐射强度，或称为定 向辐射强度，单位是W/(m2Sr)。