第四辐射换热HeatRadiation.pptVIP

第四节 辐射换热Heat Radiation 由于热的原因而产生的电磁波辐射称为热辐射。 只要温度高于绝对零度，物体总是不断地把热能转变为辐射能，向外发出热辐射。同时，物体也不断地吸收周围物体投射到它上面的热辐射，并把吸收的辐射能重新转变成热能。 辐射换热就是指物体之间相互辐射和吸收的总效果。 黑体模型 黑体的α=1，黑体能吸收各种波长的辐射能。 空腔壁上的小孔（小孔面积与腔壁总面积之比很小），当辐射能经小孔进入空腔后经过多次吸收和反射，最终离开小孔的能量将是微乎其微的，可认为全部被吸收。所以，空腔上的小孔具有黑体的性质。 热辐射基本定理 （一）普郎克定理 描述黑体辐射能力 函数关系。 辐射能力E：T下，发射全波长 单色辐射能力 ——发射特定 （二）斯蒂芬——波尔茨曼定理 （三）克尔基荷夫定理 对板1，当 热平衡时 一切实际物体的辐射力都小于同温度下黑体的辐射力。 在热平衡条件下，对灰体 ，吸收率和黑度在数值相等 由于 则有ε=α 定律：在与黑体处于热平衡的条件下，任何物体对黑体辐射的吸收比等于同温度下该物体的发射率（黑度）。 前提条件是系统处于热平衡状态。 处于热平衡条件下，则辐射焕热量等于零，没有实际意义。 设一铁块逐渐升温，当温度升至500℃时，用手可以感受到铁块发射出来的红外线，因为人眼不能看到红外线，因此看不到铁块发射的辐射能。随着温度的升高，铁块先呈红色，然后转为橙色和黄色，说明此时铁块发射出的辐射能已含有波长较短的可见光，并且随着温度的升高，短波部分的比例越来越大。 物体表面发射出来的辐射能的波长分布，随温度的升高而向短波方向移动。 实验表明，实际物体发射的辐射能波长分布也与同温度下黑体辐射的分布有区别。 物体对特定波长辐射能的吸收比称为光谱吸收比αλ。 实际物体对不同波长的光谱吸收比是不一样的； 在热辐射理论中，把光谱吸收比与波长无关的物体称为灰体，其吸收比恒等于同温度下该物体的黑度。 黑体间的辐射换热 有任意放置的两个黑体表面，表面积分别为A1和A2，分别维持T1和T2的恒温，表面之间的介质对热辐射是透明的。 每个表面所辐射出的能量都只有一部分可以到达另一个表面，其余部分则落在体系以外的空间。 角系数：表面1发出的辐射能落在表面2上的百分数称为表面1对表面2的角系数，记作X1,2。 单位时间从表面1发出而到达表面2的辐射能力Eb1A1X1,2。 单位时间从表面2发出而到达表面1的辐射能力Eb2A2X2,1。 因为两个表面都是黑体，所以落到上面的能量被全部吸收，则两个表面之间的净换热量Q1,2为： 角系数的特性及其确定 角系数的特性 （1）相对性 （2）完整性 （3）分解性 角系数的相对性 对于辐射换热的两个物体，有： 这样，如果知道其中一个角系数，可以很方便地求得另一个相对得角系数。 角系数的完整性 对于由n个表面组成的封闭系统，根据能量守恒定律，任一表面发射的辐射能全部落到组成封闭系统的n个表面上，因此，任一表面对各表面的角系数之间存在以下关系： 角系数的分解性 角系数的确定 （1）两块很接近的大平行板 则每一个表面的辐射能 可认为全部都落到另一 个表面上。 （2）一非凹形表面被另一表面所包围，表面1发出的辐射能全部投到表面2上，则 根据角系数的相对性，则 （3）由三个非凹形表面组成的系统在垂直于纸面的方向上足够长，这样从系统两端开口所逸出的辐射能可略去不计，则 四、灰体表面间的辐射焕热 对物体内作热平衡 对外部 式中： 由(1),(2)联立，得： q——热通量，表示物体放热大小，规定： 放热“＋”, 吸热“－” 代入(3)： 其中： 推动力： 表面热阻 表面黑度越大，则表面热阻越小。 当Eb1J1时，q1为正值，表示在辐射换热过程中，表面1的净效果是失去热量；反之， q1为负值，表明表面1获得净热量。 两个灰体间的辐射换热量为： 角系数情况不同： (1) ，如很大物体 2 包住物体1 （2）