工程传热学第六章-热辐射.ppt

式中， 是同温度下黑体辐射力； 则表示波长从0到λ的波段辐射函数。 f(?T)称为黑体辐射函数，见表6-1。 6. 黑体的吸收特性 吸收比可划分为以下四种： 总吸收比 单色吸收比 方向吸收比 单色方向吸收比 6-3实际物体的辐射和吸收 黑体 ? E? 实际物体 1. 实际物体的辐射—黑度（发射率） 实际表面的辐射力与同温度下黑体辐射力的比值，称为黑度（发射率）。 黑度仅仅与物体表面自身的辐射特性相关，也就是与物体的种类和它的表面特征相关以及和物体的温度相关，而与物体外部的情况无关。 ① 总发射率 实际表面的单色辐射力与同温度下黑体表面的单色辐射力之比 ② 单色发射率 发射率与单色发射率之间的关系为 ③方向发射率 如果实际物体的方向辐射力遵守兰贝特定律，该物体表面称为漫射表面。黑体表面就是漫射表面。 对于非金属表面在很大范围内方向黑度为一个常数值，表现出等强辐射的特征，而在60°之后方向黑度急剧减小 对于金属表面在一个小的φ角范围内亦有等强辐射的特征，方向黑度可视为不变，然后随着φ角增大而急剧增大，直到φ接近90°才有减小。 实际物体的辐射力 ④单色方向发射率 实际物体表面对热辐射的吸收是针对投入辐射而言的。实际物体对入射辐射吸收的百分数称之为该物体的吸收比。 物体表面的吸收特性就不仅仅与物体的物质结构、表面特征以及温度状况有关，而且还与投入辐射的辐射能随波长和温度的变化密切相关。 2.实际物体的吸收—灰体 玻璃暖房 可见光 温室效应 CO2 全球变暖 海平面上升 土地沙漠化 男女比例失调 … … 国家“十三五规划”明确提出了节能减排的目标 到2020年，单位GDP二氧化碳排放降低40-45%（较2005）； 非化石能源占一次能源消费比重提高到15%； 辐射源温度对吸收比的影响是因为实际物体的单色吸收比不等于常数的缘故。 假定投入辐射来自黑体表面2，那么吸收表面1对其的吸收比可以定义为： 为物体表面对黑体辐射的单色吸收比 灰体：单色吸收比为常数的物体。 灰体是从物体表面对投入辐射的吸收特性上去定义的，如果再在其发射特性上给予等强辐射的假设，即认为是漫射表面，也就是漫射灰表面，简称漫灰表面。 T1 T2 E Eb ?Eb (1-?)Eb 3.实际物体辐射与吸收之间的关系 假定两块平行平板距离很近，从一块板发出的辐射能全部落到另一块板上。若板1为黑体表面，板2为任意物体的表面。 两者的辐射力、吸收比和表面温度分别为Eb、 ?b(=1)、T1、E、 ?和T2。 板2发出的辐射能E全部被板1吸收，而板1发出的辐射能Eb只被板2吸收?Eb ，对板2能量收支为： 当体系处于热平衡时T1=T2，q=0,所以有 或 基尔霍夫定律的两种数学表达式。 在热平衡条件下，任何物体的辐射力和它对来自黑体辐射的吸收比的比值恒等于同温度下黑体的辐射力。 热平衡时任意物体对黑体投入辐射的吸收比等于同温度下该物体的发射率。 或 基尔霍夫定律是在物体与黑体投入辐射处于热平衡条件下得出的。 对于灰体，由于其单色吸收比不随波长变化，所以灰体的吸收比等于其发射率与投射源的温度无关，那么不论物体与外界是否处于热平衡状态，也不论投入辐射是否来自黑体，都存在 灰体是无条件满足基尔霍夫定律的。 说明 (1) 基尔霍夫定律有几种不同层次上的表达式，归纳为下表 层 次 数学表达式 成立条件 单色，定向 ?(?,?,?,T)= ?(?,?,?,T) 无条件，?为纬度角 单色，半球 ?(?, T)= ?(?,T) 漫射表面 全波段，半球 ?(T)= ?(T) 与黑体热平衡或漫灰表面 (2) 对工程计算而言，只要在所研究的波长范围内单色吸收率基本上与波长无关，则灰体假设成立。在工程常见的温度范围(≤2000K)内，许多工程材料都具有这一特点。 (3)由基尔霍夫定律，物体的辐射力越大，其吸收能力也就越大，换句话说，善于辐射的物体必善于吸收，反之亦然。所以，同温度下黑体的辐射力最大。 (4)当研究物体表面对太阳能的吸收时，一般不能把物体作为灰体，即不能把物体在常温下的发射率作为对太阳能的吸收比。 作业 习题：6-2(3)、6-3 * 第六章 热辐射基础 §6-1 热辐射的基本概念 §6-2 黑体辐射和吸收的基本性质 §6-3 实际物体的辐射和吸收 6-1 热辐射的基本概念 1. 基本概念 热辐射:由于热的原因而产生的电磁辐射。 辐射传热:物体间相互辐射和吸收的总效果。 在工业上所遇到的温度范围内（2000K以下），最感兴趣的是波长约从0.38μm到0.76μm的可见光和波长从可见光谱的红端之外延伸到1000μm的红外线。 有时以波长25μm为界，又将红外线区分为近红外区和远红外区。