工程传热学：第六章 热辐射基础.ppt

* * 黑体是理想的吸收体，它对一切波长和所有方向入射辐射的吸收比均等于1。于是对黑体有： 对来自某一方向的所有波长的入射辐射的吸收比，称之为方向吸收比; 对来自某一方向某一波长的入射辐射的吸收比，称之为单色方向吸收比。 * * §6-3实际物体的辐射和吸收 1 实际物体的辐射—黑度（发射率） 实际物体表面的热辐射性能均弱于黑体表面。 实际物体的光谱辐射力往往随波长作不规则的变化。 黑体 ? E? 实际物体 图为同温度下黑体辐射和实际物体辐射的单色辐射力随温度变化的曲线。 * * 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 * * 物体表面在某方向上的方向辐射力与同温度黑体辐射在该方向上的方向辐射力之比，亦可表示为物体在某方向上的辐射强度与同温度黑体辐射在该方向上的辐射强度之比 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。 * * 如果实际物体是漫射表面，则其方向发射率应等于常数，而与角度无关。 事实上实际物体不是漫发射体，即辐射强度在空间各个方向的分布不遵循兰贝特定律，是方向角的函数。 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。 ④单色方向发射率 * * 实际物体的辐射力 实际结果发现，实际物体的辐射力并不严格地同热力学温度的四次方成正比，但工程计算中仍认为一切实际物体的辐射力都与热力学温度的四次方成正比，而把由此引起的修正包括到用实验方法确定的发射率中。 * * 例6-3：试计算温度处于1400℃的碳化硅涂料表面的辐射力。 解：由表查得对1010~1400℃，碳化硅 ?n =0.82~0.92，故可取对应1400℃的?n为0.92，即? =?n =0.92，辐射力为： * * 例6-4：实验测得2500K钨丝的法向单色发射率如图所示，计算其辐射力及发光效率。 解： ? 0.45 0.1 ?/?m 1 2 3 * * ? 0.45 0.1 ?/?m 1 2 3 由表查得: 再计算可光范围的辐射能，取可见光波长为0.38~0.76 ?m * * 由表查得: 于是可见光范围的辐射能为： 发光效率为: 可见发光效率很低。 ? 0.45 0.1 ?/?m 1 2 3 * * 2 实际物体的吸收——灰体 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。 * * 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 下面给出了实验得出的一些材料对黑体辐射的单色吸收比随黑体温度的变化关系。 * * * * 如果投入辐射不是来自黑体，则必须研究物体表面单色吸收率随投入辐射波长变化的规律。 如果物体表面的单色吸收比为常数 那么它的吸收比也就为常数 。 把灰体定义为单色吸收比为常数的物体。 灰体也是一种理想的辐射表面，实际表面在一定条件下可以认为其具有灰体的特性。 * * 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。 漫射灰表面的方向发射率和方向吸收比与方向无关，单色发射率和单色吸收比与波长无关，所以它对于来自任何方向和任何波长的入射辐射的吸收比均为常数，同时其发射的辐射也等于对任何方向和任何波长的黑体辐射的一个固定份额。 * * 3 实际物体辐射与吸收之间的关系 T1 T2 E Eb ?Eb (1-?)Eb 实际物体的辐射和吸收之间有联系，这就是基尔霍夫定律。 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