第十四章-辐射传热PPT格式课件下载.ppt

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被物体反射的能量GD：

被物体透射的能量,5,2022/10/3,辐射能流（热射线）,G,GR,GD,GA,穿透,与中间介质无关而由电磁波传输,反射,用冰制成的冷的透镜聚焦太阳的辐射热可使黑纸燃烧，并在发出可见光的同时向外辐射热能,高温物体的热能以电磁波的形式传递给低温物体,6,2022/10/3,据能量守恒定律，有：

G=GA+GR+GD即：

GA/G+GR/G+GD/G=1式中：

GA/G=A叫物体的吸收率GR/G=R叫物体的反射率GD/G=D叫物体的透射率当物体将投射到其表面上的能量全部吸收时，即R=D=0；

A=1时，叫理想黑体，简称黑体当物体将投射到其表面上的能量全部反射时，即A=D=0：

R=1时，叫理想白体，简称白体当物体将投射到其表面上的能量全部透射时，即,7,2022/10/3,A=R=0,D=1时，叫透热体。

同可见光一样，辐射能的反射有镜反射和漫反射两种，当物体表面十分光滑时，就形成了镜反射，即入射角等于反射角，高度抛光的金属等。

如果表面粗糙，即当粗糙度大于波长时，反射即为漫反射。

可理解为辐射能被物体吸收后又辐射出来。

如图所示。

8,2022/10/3,说明,1.A、R、D都是无因次量，其数据在01之间。

各自的大小与物体的特性、温度及表面状况有关2.黑体、白体、透热体都是理想化的物体，但工程中有些物体接近这些理想化的物体。

与颜色无关如，烟煤、雪等A=0.98，高度抛光的金属，R=0.98，单原子和双原子气体：

D=13.对于固体和液体，D=0有A+R=1对于气体，R=0A+D=1,9,2022/10/3,三.辐射力和辐射强度1.辐射力：

E单位时间，单位表面积向半球空间辐射出的全部波长（0-）范围的能量。

单位：

w/2.单色辐射力E单位时间，单位面积向半球空间辐射出的某特定波长（+d）的能量。

w/m与E的关系：

10,2022/10/3,3.方向辐射力E单位时间、单位表面积在某特定方向的单位立体角内辐射出的全部波长的能量。

W/（Sr）平面角：

=S/r（弧度）立体角：

以立体角的角端为中心，作一半径为r的半球，将半球上被立体角切割的面积f除以半径的平方r2即得立体角的量度=f/r2，Sr球面度。

整个半球的面积为2r2，为2个球面度。

若取微元面积df为切割面积，则得微元立体角d。

11,2022/10/3,立体角：

是一个空间角度，单位为Sr。

如图：

12,2022/10/3,参考图示的几何关系，df可用球坐标中的纬度微元角d和经度微元角d表示出来。

df=rdrSind=r2dSindd=df/r2=dSind4.辐射强度I单位时间、单位可见面积（投影面积）、单位立体角内辐射出全部波长的能量。

w/（Sr）,13,2022/10/3,14,2022/10/3,如图，对于微元面积dF1在方向的辐射强度为：

与方向辐射力比较得：

E=ICos在法线上=0En=In,15,2022/10/3,42黑体辐射的基本定律,一人工黑体模型人为构造的黑体模型如图所示：

16,2022/10/3,二普朗克定律,给出了黑体的单色辐射力E与波长和绝对温度的关系。

表达式：

式中:

：

波长m（m）；

T：

绝对温度KC1：

普朗克第一常数，C1=2hC2C：

光速，C=3108m/sh：

普朗克常数，h=6.62510-34JS（WS2）C1=3.74210-16w=3.742108wm4/,17,2022/10/3,C2：

普朗克第二常数，C2=hC/k,h同上，普朗克常数；

k:

波尔兹曼常数，k=1.3810-23J/（molK）C2=hC/k=1.43910-2mKEb：

黑体的单色辐射力单位为：

W/（m）或W/m以后用下标b表示黑体的参数。

用下标表示单色。

据普朗克定律绘成了曲线如图所示。

18,2022/10/3,19,2022/10/3,从上图可得出如下结论：

1随着温度的升高，黑体的单色辐射力和辐射力迅速的增加。

2每一条曲线都有一峰值。

在=0和=时，Eb=03随着温度的增加，峰值（即黑体的最大单色辐射力Ebmax）左移，即向着波长较短的方向移动。

维恩偏移定律：

将普朗克定律对波长求导数，并令其为零即：

dEb/d=0得：

maxT=2897.6mK2.910-3mK,20,2022/10/3,例：

试分别计算2000K和5800K时黑体的最大单色辐射力所对应的波长。

解：

直接利用维恩偏移定律；

T=2000K时，maxT2.910-3mKmax=2.910-3/2000=1.45mT=5800时max=2.910-3/5800=0.5mT=290K:

max=2.910-3/290=10m结果表明，工业高温范围内黑体辐射的最大单色辐射力对应的波长位于红外线区段，太阳表面温度时则位于可见光区段。

此外，还可利用该定律粗略估算物体的温度，如利用光学仪器测得太阳的max为0.5m，,21,2022/10/3,得出太阳的表面温度为5800K,因为太阳不是黑体，故此值偏高。

可据钢坯的颜色来判断其温度，钢坯在加热过程中当：

无变化：

低于500、暗红：

600左右、鲜红：

800-850左右、桔黄：

1000左右白炽：

1300左右,22,2022/10/3,三斯蒂芬波尔茨曼定律,dEb=Ebd式中：

0：

斯蒂芬波尔茨曼常数，0=5.6710-8w/（K4）通常，将斯蒂芬波尔茨曼定律表示为：

Eb=C0（T/100）4式中：

C0=5.67w/（K4）叫黑体的辐射系数。

23,2022/10/3,四兰贝特定律揭示了黑体的辐射能在空间的分布规律。

定律表达式：

Eb=EbnCos式中：

Eb：

黑体在方向的辐射力Ebn：

黑体在法向的辐射力,24,2022/10/3,由Eb=IbCos和Eb=EbnCos得：

Ib=Ebn=IbnIb1=Ib2=Ib3=Ibn即黑体的定向辐射强度与方向无关，是兰贝特定律的又一形式。

服从兰贝特定律的表面叫漫辐射表面。

Eb与的Ib关系：

由式得：

25,2022/10/3,将d=dSind代入并积分得：

即：

黑体的辐射力Eb是其辐射强度Ib的倍。

说明Ib仅是绝对温度的函数。

黑体的三个基本定律分别介绍了黑体的辐射力与波长、温度、及能量按空间的分布规律。

26,2022/10/3,43实际物体表面的辐射一黑度（辐射率、发射率）的概念实际物体与黑体有很大的差别，如图：

27,2022/10/3,图中说明实际物体的单色辐射力随波长的变化是不规则的，且辐射力也并不是与其绝对温度的四次方成正比，为了计算实际物体的辐射力，引入黑度的概念：

即实际物体的辐射力与同温度下黑体的辐射力的比值。

是一小于1的数，越大，越接近于黑体。

单色黑度：

实际物体的单色辐射力与同温度下黑体的单色辐射力的比值。

=d/d方向黑度：

实际物体的方向辐射力与同温度下黑体的方向辐射力的比值。

28,2022/10/3,实际物体的辐射力用下式计算：

E=Eb=C0（T/100）4W/实际物体的辐射力并不是与其绝对温度的4次方成正比，误差在其黑度中修正，即黑度是温度的函数。

二黑度的影响因素1材料的物理性质2表面粗糙度明显影响的是光学粗糙度/，成正比。

当/0.10.2时，表面的反射为镜反射，黑度小。

3温度的影响较为复杂，,29,2022/10/3,对于金属当波长小于5m时温度增加黑度减小对大于5m的波长时，T.非金属；

T，。

一般情况下非金属的黑度大于金属的黑度。

非金属的黑度一般在0.78以上4表面氧化层可理解为氧化层的形成，改变了粗糙度，常温下金属的黑度为0.2-0.4，在高温下加热半小时可达到0.8。

5波长对于金属：

，非金属：

，注意黑度不完全是物性参数。

也不是都可查得到的。

30,2022/10/3,实际物体的吸收特性式中：

A实际物体的单色吸收率，G投入物体的单色投入辐射。

实际物体的吸收率除了与自身的表面性质和温度有关而外，还与投入辐射的波长有关，而投入辐射的波长又与其本身的性质和温度有关，所以实际物体的吸收率的确定是很困难的。

31,2022/10/3,三基尔霍夫定律,该定律反映了实际物体的吸收率A与其黑度之间的关系。

外面的包壳为黑体，里面放置一任意物体，其温度为T；

黑度为；

吸收率为A，物体发出的辐射能全部投射到黑体包壳上，由于黑体与物体的距离很小，可认为黑体发出的辐射能也全部投射到物体表面上。

对于黑体表面来说，物体发出的能量全部被黑,32,2022/10/3,体吸收，对于物体来说，黑表面发出的能量吸收一部分，其余的反射到黑表面，又被黑体吸收。

对物体有:

辐射的能量为：

E反射的能量为：

REb=（1-A）Eb吸收的能量为AEb对于黑体有：

Eb反射的能量为：

0吸收的能量为E+（1-A）Eb物体净放出的能量为：

q=EAEb

（1）,33,2022/10/3,黑体净吸收的能量为qb=E+（1-A）EbEb

（2）当两物体达到热平衡时，qb=q=0由

（1）式和

（2）式均可得：

A=E/Eb=同理可得A=条件：

1有一个表面为黑表面。

2两表面间达到热平衡。

基尔霍夫定律说明了在上述条件下物体的吸收率等于其黑度，即善于辐射的物体，同样善于吸收由于条件的限制，使得该定律没有多大的实用价值，为此提出了灰体的概念。

34,2022/10/3,四灰体定义：

单色吸收率和单色黑度与波长无关的物体即灰体的吸收率和黑度只与其自身的条件有关，而与投射物体无关。

其单色辐射力与波长的变化规律同黑体的是相似的。

也是一种理想化的物体。

对于灰体而言，可得A=A=又由于灰体的吸收率和黑度与投射物体无关，所以不用满足基尔霍夫定律所要求的条件。

A=大多数的工程材料都可看成是灰体，可以利用,35,2022/10/3,基尔霍夫定律来确定其吸收率。

使问题得以简化。

实际中有时用下面的方法来近似处理：

1对于温度为T1的非金属表面，吸收率近似的等于按投射物体的温度T2来查出该非金属表面的黑度2对于温度为T1的金属表面，吸收率近似的等于按几何平均温度（T1T2）1/2来查出该金属表面的黑度，T2为投射物体的温度。

计算两个表面间的辐射热交换时必须知道：

1表面放出了多少热量？

2表面放出的热量有多少投射到另一表面上？

3表面吸收了多少能量？

36,2022/10/3,44角系数,一定义：

叫表面i对表面j的角系数。

注意：

分母中包含有两部分，一部分是自身辐射，一部分是反射辐射。

因此，根据其定义式，可以容易的导出它的积分式为：

37,2022/10/3,上式为两任意表面间的角系数的积分式，可看出角系数只与表面的形状、大小、距离及相互位置有关，而与其它条件无关，是一纯的几何参数。

二角系数的性质1相对性由角系数的积分式可知：

12F1=21F2ijFi=jiFj,38,2022/10/3,2完整性对于由n个表面组成的封闭空间，如图，据能量守恒原理，某一