高等传热传质学3..ppt

* * 11-3-2 光学厚度 大值表示较大的衰减 当衰减系数为常数时 路径长S是光学厚的 路径长S是光学薄的 光学厚度无量纲 * * 11-3-3 吸收系数 吸收系数通常随波长剧烈变化，随温度和压力也明显变化，所以解析确定吸收系数非常困难，大多数情况下对实验数据的描述也非常困难。 谱带法 平均系数法 右图为金刚石的吸收系数 NASA SP3080 * * 11-3-3 吸收系数 * * 11-3-4 真实的吸收系数 激发发射（或称诱导发射）：由于辐射场的存在而导致的发射。是额外的发射，不同于前面的正常发射或自发发射。用带加号表示。 文献中给出的吸收系数一般不包括诱导发射，利用文献时注意 * * 11-3-5 Bouguer定律的吸收-发射形式 * * 11-3-6 Bouguer定律的纯散射形式 * * 11-4 发射引起的辐射强度增加 对折射率不为1的介质，有 * * 11-5 射入散射引起的辐射强度的增加 从其它路径上散射到某一路径上也会使该路径上的辐射强度增加 需要知道散射辐射的方向分布，以相函数的形式给出。 * * 11-5-1 相函数 S 表示辐射传递方向 表示散射方向 表示散射方向ωi对传递方向ω的贡献 * * 11-5-2 散射辐射强度增加计算 方向的辐射强度散射到S方向，引起S方向辐射强度的增量 * * 3个专题 气体辐射 粒子辐射 火焰辐射 * * 一、气体辐射 一百年前，天文学家观察星球，研究大气辐射特性。气象学家也因为热影响气候，所以关心大气辐射。由此形成“大气辐射学”。 恒星大气物理学，通过观测太阳、星球的光线，了解恒星大气的物理状态、过程和化学组成等。气体辐射是其主要研究内容之一。 天体物理学。恒星大气物理学是其一个重要分支。 这些研究一开始就采用光谱方法，到目前已形成较完整的实验、计算方法。 * * 传热界对气体辐射的研究，起于20世纪20~30年代，源于对气体辐射在炉膛传热中重要作用的认识。当时采用的是直接测量的纯实验方法。1942年霍太尔（Hottel H C,美国，1903-1998）整理了自己与他人的实验数据，发表了二氧化碳、水蒸气发射率的线算图，也称为Hottel线算图。这张图用得很广，相当多的工程气体辐射计算标准或传统方法，都用或源于这张图，目前大多数的传热教材中气体辐射部分也仅介绍此图。 * * 20世纪60年代，随着航空航天工业的崛起，随着几起重大的固体火箭发动机的重大事故，需要计算如火箭尾焰的辐射等问题，要求进行比较准确的高温气体辐射特性计算，霍太尔线算图的准确性就不够了。传热界开始引入以原子、分子辐射理论为基础的光谱方法，由于可借鉴大气辐射的研究方法，很快出现了多种有一定准确度、并适合工程应用的谱带模型方法。目前已大量用于介质辐射传热与气体辐射的数值计算中。 * * 随着计算能力的提高，将来以光谱为基础的方法会广泛应用，同时这也是辐射传热成熟的重要标志之一。 * * 气体辐射的微观理论简介 气体辐射的光谱是不连续的，由多个分立的谱带组成，每个谱带依其特征波长（波数）命名。在高分辨率下，每个谱带是由许多谱线组成。 对红外波段，其产生机理主要是气体分子的原子核外的电子（能子）旋转、振动对外界能量子的吸收、发射造成，所以文献中经常有旋转带(光谱带)、振动带、振动—旋转带辐射的概念。 对核外电子（能子）的跃迁发射的光谱波长较短，可见光。 * * 气体辐射的微观理论简介 以能级跃迁为例 谱线位置： h, Planck’s constant * * 谱线增宽 吸收光谱谱线增宽效应与谱线形状 压力增宽，碰撞引起 自然增宽，量子力学测不准关系引起 Doppler增宽，多普勒效应：向着观察着运动=正速度，波数增加；波数减少=红移（远去，负速度），说明宇宙在膨胀。 单根谱线的吸收与辐射特性 * * 光谱法 光谱法分为两类： 一类是采用高分辨率的光谱实验，得出的方法称为逐线计算法 一类采用低分辨率的光谱实验，得出的方法称为谱带模型法 * * * * 逐线计算法 如果已知各谱线的中心波数、线型函数、半宽度、线强等谱线参数，就能计算出所有谱线的吸收系数。如仅要求气体在某一波数σ处的光谱吸收系数，只要将对σ处有贡献的所有谱线，在σ处的谱线光谱吸收系数叠加就得。这就是逐线计算法的原理。此计算的关键是所有谱线参数的支撑。 美国LOWTRAN,HITRAN和法国GEISA数据库 美国Ontar公司2000年HITEMP光盘 * * 谱带模型法 这类试验测不出谱线的辐射强度，只能测出谱带或某一波长范围内的辐射强度。从而建立起此波数范围内总辐射强度或发射率与谱线参数、谱线分布参数等的拟合值。所以只能计算气体谱带或全波长的辐射特性。 窄谱带模型法，按谱线类型、谱线分布和谱线强度的假设变化规律的不同，可分为