传热学课件第八章1课件.ppt

第七章  热辐射基本定律及辐射特性 7.1 热辐射现象的基本概念 7.3 固体和液体的辐射特性 7.4 实际物体对辐射能的吸收与辐射的关系 例、北方深秋季节的清晨，树叶叶面上常常结霜。试问树叶上、下去面的哪一面结箱?为什么? 如图所示的真空辐射炉，球心处有一黑体加热元件，试指出①，②，③3处中何处定向辐射强度最大?何处辐射热流最大?假设①，②，②处对球心所张立体角相同。 定向发射率：实际物体的定向辐射强度与黑体的定向辐射强度之比。 7.3.3 实际物体的定向辐射强度 1、定向辐射强度随θ角的变化规律 漫射体：表面的定向发射率 ?(?)与方向无关，即定向辐射强度与方向无关，满足上述规律的物体称为漫射体，这是对大多数实际表面的一种很好的近似。 服从兰贝特定律的辐射，定向发射率在极坐标上是个半圆。 几种金属导体在不同方向上的定向发射率(? )(t=150℃) 从θ＝0℃开始，在一定角度范围内，可认为是常数，然后随着角θ的增加而急剧地增大。在接近θ＝90℃的极小角度范围内，又减小（在极小角度内，图中未表示出来） 几种非导电体材料在不同方向上的定向发射率ε(? )(t=0～93.3℃) ① θ＝0～60℃,ε(? )基本不变； ② θ60℃ ，ε(? )明显减少； ③ θ＝90℃ ，ε(? )降为0 2、定向发射率与半球平均发射率间的关系 无论金属还是非金属，在半球空间的大部分范围内，定向发射率是个常数。可用法向的发射率来近似代替。 ①对于高度磨光的金属表面：M=1.0～1.3 ②非导体： M=0.95～1.0 认为大多数工程材料 M=1。一般工程手册种给出的物体发射率常常是法向发射率的数值。 3、影响物体发射率的因素 ε＝f（物质的种类、表面状况、表面温度） 只与发射物体有关，而不涉及外界条件。 ①不同种类物质的ε：常温下白大理石ε＝0.95；常温下镀锌铁皮ε＝0.23 ②同一物体不同温度ε：严重氧化的铝表面50℃时ε＝0.2；500℃时ε＝0.3 ③同一材料，不同表面状况：a常温下无光泽黄铜ε＝0.22；磨光后的黄铜ε＝0.05 大部分非金属材料的发射率一般在0.85～0.95之间；且与表面状况关系不大，在缺乏资料时，可近似取为0.9。 对应于黑体的辐射力Eb，光谱辐射力Eb?和定向辐射强度L，分别引入了三个修正系数，即发射率?，光谱发射率?(? )和定向发射率?(? )，其表达式和物理意义如下 实际物体的辐射力与黑体辐射力之比: 实际物体的光谱辐射力与黑体的光谱辐射力之比： 实际物体的定向辐射强度与黑体的定向辐射强度之比： 投入辐射：单位时间内投射到单位表面积上的总辐射能 7.4.1 实际物体的吸收比 吸收比：物体对投入辐射所吸收的百分数，通常用?表示 实际物体吸收率不仅与物体本身的情况有关，还取决于投射辐射的特性。 物体本身的情况：物质种类、物体温度和表面状况。 1、光谱吸收比：物体吸收某一特定波长的辐射能的百分数称为光谱吸收比，也叫单色吸收比。光谱吸收比随波长的变化体现了实际物体的选择性吸收的特性。 金属导电体 非导电体材料 实际物体光谱吸收比同波长的关系 物体的光谱吸收比随波长而异的这种特性称为物体的吸收具有选择性。 2、实际物体的吸收具有选择性 工程应用：塑料膜大棚、暖房、焊接时 生活中的例子：颜色 根据前面的定义可知，物体的吸收比除与自身表面性质的温度有关外，还与投入辐射按波长的能量分布有关。设下标1、2分别代表所研究的物体和产生投入辐射的物体，则物体1的吸收比为 3、实际物体吸收的选择性对辐射传热计算造成的困难 如果投入辐射来自黑体，由于 ，则上式可变为 图8-19 物体表面对黑体辐射的吸收比与温度的关系 材料自身温度T1为294K 灰体：光谱吸收比与波长无关的物体称为灰体。此时，不管投入辐射的分布如何，吸收比?都是同一个常数。 7.4.2 灰体的概念及其工程应用 引入的意义：不管投入辐射的分布如何，?均为常数，即物体的吸收比只取决于本身的情况而与外界情况无关。 像黑体一样，灰体也是一种理想物体。 工业上通常遇到的热辐射，其主要波长区段位于红外线范围内（绝大部分0.76-10微米之间），在此范围内，大多数工程材料当作灰体处理引起的误差是可以容许的，这种简化处理给辐射换热分析带来了很大的方便。 发射辐射与吸收辐射二者之间的联系： 最简单的推导是用两块无限大平板间的热力学平衡方法。如图所示，板1时黑体，板2是任意物体，参数分别为Eb, T1 以及E, ?, T2，则当系统处于热平衡时，有 7.4.3 吸收比与发射率的关系－基尔霍夫定律 在热平衡条件下，任何物体的辐射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。 当体系处于T1=T2