物理辐射及辐射传热.pptx

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1、6.3.1 黑体间辐射换热的计算（上）黑体间辐射换热的计算（上）任意放置的两个黑体表面任意放置的两个黑体表面:面积面积A1、A2温度温度T1、T2如何计算它们的传热量？如何计算它们的传热量？第1页/共101页v表面1发出的辐射能Eb1A1v表面2发出的辐射能Eb2A2v二者相减是不是它们之间的换热量？v为什么？6.3.1 黑体间辐射换热的计算（上）黑体间辐射换热的计算（上）第2页/共101页6.3.1 黑体间辐射换热的计算（上）黑体间辐射换热的计算（上）在表面面积、温度确定的条件下，表面1发出的辐射能未必全部落到表面2上，同样表面2发出的辐射能未必全部落到表面1上表面相对位置不同，黑体发出的辐

2、射能落到对方上表面相对位置不同，黑体发出的辐射能落到对方上的数量是不同的的数量是不同的为什么？为什么？第3页/共101页6.3.1 黑体间辐射换热的计算（上）黑体间辐射换热的计算（上）v两种极端的情形第4页/共101页6.3.1 黑体间辐射换热的计算（上）黑体间辐射换热的计算（上）v大多数情况是介于二者之间的特殊情形第5页/共101页6.3.1 黑体间辐射换热的计算（上）黑体间辐射换热的计算（上）角系数：角系数：离开某一表面离开某一表面1的辐射能落到另一表面的辐射能落到另一表面2上的上的份额，称为表面份额，称为表面1对表面对表面2的角系数的角系数以以X1,2表示，其中表示，其中1表示发射辐射能

3、的表面，表示发射辐射能的表面，2表示接表示接受辐射能的表面受辐射能的表面 同样可定义同样可定义X2,1 第6页/共101页从表面从表面1发出的并落到表面发出的并落到表面2的辐射能为的辐射能为 v从表面2发出的并投落到表面1的辐射能为 两个表面以辐射的方式交换的热量为 角系数怎么得到？6.3.1 黑体间辐射换热的计算（上）第7页/共101页根据角系数和定向辐射强度的定义，并利用兰贝特定律6.3.2 角系数及计算角系数及计算1 角系数的定义式角系数的定义式第8页/共101页v（1）角系数纯是几何因子条件：漫射表面、表面温度均匀（不均匀应看成不 同表面）v取决于表面的几何形状、大小和相对位置v与物体

4、的种类、温度、表面状况及是否是黑体表面无关6.3.2 角系数及计算2 角系数的性质第9页/共101页（2）有限性）有限性 v（3）互换性原理（相对性）-Reciprocity 6.3.2 角系数及计算2 角系数的性质第10页/共101页（4）完整性）完整性 6.3.2 角系数及计算2 角系数的性质第11页/共101页（5）可加性）可加性 体现了能量守恒体现了能量守恒 此式成立否？6.3.2 角系数及计算1 角系数的性质第12页/共101页此式不成立！直接的可加性只针对角系数的第二个角码对第一个角码实施可加性时需要考虑各自的面积6.3.2 角系数及计算1 角系数的性质第13页/共101页角系数的

5、确定方法有：角系数的确定方法有：直接积分法、查曲线法、代数直接积分法、查曲线法、代数法法（1）直接积分法）直接积分法 四重积分，数学上存在困难！6.3.2 角系数及计算3 角系数的计算第14页/共101页（2）代数分析法）代数分析法利用角系数的定义及性质，通过代数运算确定角利用角系数的定义及性质，通过代数运算确定角系数的方法系数的方法 互换性互换性完整性完整性6.3.2 角系数及计算3 角系数的计算第15页/共101页（a）由三个非凹表面组成的封闭系统，在垂直于纸）由三个非凹表面组成的封闭系统，在垂直于纸面方向上为无限长，忽略端部效应面方向上为无限长，忽略端部效应 非凹表面 根据角系数的完整性

6、 6.3.2 角系数及计算3 角系数的计算第16页/共101页（a）由三个非凹表面组成的封闭系统，在垂直于纸）由三个非凹表面组成的封闭系统，在垂直于纸面方向上为无限长，忽略端部效应面方向上为无限长，忽略端部效应 根据角系数的互换性 6.3.2 角系数及计算3 角系数的计算第17页/共101页角系数的完整性 角系数的互换性 6.3.2 角系数及计算3 角系数的计算第18页/共101页6.3.2 角系数及计算3 角系数的计算第19页/共101页（b）由两个在垂直于纸面方向无限长的非凹表面）由两个在垂直于纸面方向无限长的非凹表面1、2,横断面的线段长度分别为横断面的线段长度分别为ab、cd 作辅助面

7、ac、bd，由完整性 作辅助面bc构造封闭空腔abc 作辅助面ad构造封闭空腔abd 6.3.2 角系数及计算3 角系数的计算第20页/共101页交叉线法交叉线法 6.3.2 角系数及计算3 角系数的计算第21页/共101页（c）几种特殊几何关系的角系数）几种特殊几何关系的角系数 平行放置、相距很近的两个大平板平行放置、相距很近的两个大平板 忽略边缘效应忽略边缘效应 v凸表面1被另一黑体凹表面2包围6.3.2 角系数及计算3 角系数的计算第22页/共101页（c）几种特殊几何关系的角系数）几种特殊几何关系的角系数 6.3.2 角系数及计算3 角系数的计算第23页/共101页（3）查图法 为便于

8、工程应用，已将大量几何结构的角系数求解结果绘制成曲线 注意：曲线适用的表面在几何形状及方位上的要求可查阅传热学手册、辐射传热手册6.3.2 角系数及计算3 角系数的计算第24页/共101页第25页/共101页第26页/共101页第27页/共101页两个黑体表面之间的净换热量两个黑体表面之间的净换热量 6.3.3 黑体表面间辐射传热的计算（下）第28页/共101页写成电学中欧姆定律表达式的形式 相当于电阻,称为空间辐射热阻 6.3.3 黑体表面间辐射传热的计算（下）第29页/共101页辐射传热计算中涉及到两个热量：辐射传热计算中涉及到两个热量：两个表面之间的换热量两个表面之间的换热量某个表面的净

9、损失（得到）的热量某个表面的净损失（得到）的热量这两个热量是一回事吗？这两个热量是一回事吗？6.3.3 黑体表面间辐射传热的计算（下）第30页/共101页对任意位置的两个表面，二者未必相等对任意位置的两个表面，二者未必相等表面间的换热量未必是表面表面间的换热量未必是表面1 1净损失的辐射能量净损失的辐射能量或表面或表面2 2净获得的辐射能量净获得的辐射能量为什么？为什么？表面还可能与其他表面进行辐射传热表面还可能与其他表面进行辐射传热封闭腔对辐射传热计算的重要性封闭腔对辐射传热计算的重要性6.3.3 黑体表面间辐射传热的计算（下）第31页/共101页封闭腔封闭腔必须把由空间各个方必须把由空间各

10、个方向投射到该表面的辐射能向投射到该表面的辐射能包括进去包括进去 接受辐射能的所有表接受辐射能的所有表面面构成封闭腔内的表面可以构成封闭腔内的表面可以是物理上真实的，也可以是物理上真实的，也可以是虚拟的是虚拟的 6.3.3 黑体表面间辐射传热的计算（下）第32页/共101页任意个表面的任意个表面的净辐射热流量净辐射热流量为为 6.3.3 黑体表面间辐射传热的计算（下）第33页/共101页6.3.3 黑体表面间辐射传热的计算（下）第34页/共101页6-4 实际物体辐射的基本规律实际物体辐射的基本规律6.4.1 实际表面辐射的发射特性实际表面辐射的发射特性 1 实际表面辐射的波长特性实际表面辐射

11、的波长特性 2 实际物体的辐射力实际物体的辐射力 3 实际表面辐射的方向特性实际表面辐射的方向特性6.4.2 实际表面对投射辐射的反应实际表面对投射辐射的反应6.4.3 基尔霍夫定律基尔霍夫定律6.4.4 灰体灰体第35页/共101页6.4.1 实际物体的发射特性实际物体的发射特性1 实际物体辐射的波长特性实际物体辐射的波长特性Planck定律第36页/共101页实际物体实际物体(1)定性上类似普朗克定律：定性上类似普朗克定律：连续，但不光滑、不规连续，但不光滑、不规则则(2)0或或，E 06.4.1 实际物体的发射特性实际物体的发射特性1 实际物体辐射的波长特性实际物体辐射的波长特性第37页

12、/共101页实际物体实际物体(3)存在存在Emax，但与黑体并不对应但与黑体并不对应(4)总是位于黑体曲线的下方总是位于黑体曲线的下方6.4.1 实际物体的发射特性实际物体的发射特性1 实际物体辐射的波长特性实际物体辐射的波长特性第38页/共101页单色黑度单色黑度光谱发射率：光谱发射率：实际物体的光谱辐射力与相同温度下、实际物体的光谱辐射力与相同温度下、相同波长黑体的光谱辐射力之比相同波长黑体的光谱辐射力之比实际物体的光谱辐射力6.4.1 实际物体的发射特性1 实际物体辐射的波长特性第39页/共101页实际物体的光谱发射率随波长的变化是不规则的 第40页/共101页发射率、黑度，全黑度、全辐

13、射率发射率、黑度，全黑度、全辐射率 发射率和光谱发射率均为小于1的正数 表示实际物体发射辐射能的能力接近黑体的程度，提供了比较的标准 6.4.1 实际物体的发射特性2 实际物体的辐射力第41页/共101页实际物体的辐射力实际物体的辐射力 与温度不成四次方关系，偏差归到发射率中 发射率都是温度的函数6.4.1 实际物体的发射特性2 实际物体的辐射力第42页/共101页发射率是温度的函数6.4.1 实际物体的发射特性2 实际物体的辐射力第43页/共101页关于发射率关于发射率发射率是发射率是材料的物性参数材料的物性参数查手册取得查手册取得手册中：手册中：法向发射率法向发射率6.4.1 实际物体的发

14、射特性2 实际物体的辐射力第44页/共101页发射率的影响因素发射率的影响因素（1 1）物体表面温度）物体表面温度（2 2）物质的种类）物质的种类，特别是表面及最外层的材料种，特别是表面及最外层的材料种类类 一般来说，金属的发射率较小，而非金属的发一般来说，金属的发射率较小，而非金属的发射率较大射率较大 （3 3）表面状况）表面状况表面的氧化及加工状况（粗糙度）表面的氧化及加工状况（粗糙度）6.4.1 实际物体的发射特性2 实际物体的辐射力第45页/共101页金属的发射率较小，非金属的发射率较大金属的发射率较小，非金属的发射率较大如如38下无光泽铜的发射率为下无光泽铜的发射率为0.22，镀锌铁

15、皮的发射，镀锌铁皮的发射率为率为0.23大部分非金属材料的发射率都很高大部分非金属材料的发射率都很高，一般在，一般在0.850.95之间之间各色油漆的发射率介于各色油漆的发射率介于0.92-0.96之间，之间，抹灰墙的发射率为抹灰墙的发射率为0.94非金属材料的表面状况（包括颜色）对发射率的影响非金属材料的表面状况（包括颜色）对发射率的影响不大不大，缺乏资料时，可近似取作，缺乏资料时，可近似取作0.90 6.4.1 实际物体的发射特性2 实际物体的辐射力第46页/共101页表面状况表面状况表面的氧化及加工状况表面的氧化及加工状况表面的粗糙化和氧化层的形成，将使发射率明显增表面的粗糙化和氧化层的

16、形成，将使发射率明显增加加例如，在常温例如，在常温38下的黄铜表面下的黄铜表面粗糙黄铜：粗糙黄铜：0.74无光泽黄铜：无光泽黄铜：0.22稍加磨光黄铜：稍加磨光黄铜：0.12抛光的黄铜黑度：抛光的黄铜黑度：0.05左右左右严重氧化：严重氧化：0.96.4.1 实际物体的发射特性2 实际物体的辐射力第47页/共101页6.4.1 实际物体的发射特性2 实际物体的辐射力第48页/共101页第49页/共101页黑体辐射兰贝特定律，定向辐射强度与方向无关黑体辐射兰贝特定律，定向辐射强度与方向无关 实际物体则不然，不满足兰贝特定律实际物体则不然，不满足兰贝特定律 定向发射率，定向黑度注意：实际物体的定向

17、辐射强度完全是自身发射的辐射能，不包括投射辐射后反射的部分6.4.1 实际物体的发射特性3 实际物体的方向特性第50页/共101页实际物体并不是理想的漫射表面定向发射率在空间的不同方向是不同的6.4.1 实际物体的发射特性3 实际物体的方向特性第51页/共101页非导体大致在6070范围内，定向发射率几乎不变；超过该范围，逐渐减小；超过70以后急剧减小直到为零。第52页/共101页导体低于40。50。，近似为常数；超出此范围，先快速增大，最后衰减为零 第53页/共101页半球向总发射率与法向发射率的比值相差不多半球向总发射率与法向发射率的比值相差不多 导体导体不会超过不会超过1.0l.3 非导

18、体非导体介于介于0.931.0鉴于此鉴于此对绝大多数实际工程材料来说，对绝大多数实际工程材料来说，近似地近似地认为服从兰贝特定律认为服从兰贝特定律，即实际材料也近似看作，即实际材料也近似看作漫射漫射表面表面 6.4.1 实际物体的发射特性3 实际物体的方向特性第54页/共101页热辐射的电磁波投射到物体表面上时，和可见光一样热辐射的电磁波投射到物体表面上时，和可见光一样也会发生吸收、反射和透过现象也会发生吸收、反射和透过现象:6.4.2实际物体对投入辐射的反应实际物体对投入辐射的反应 1 物体状态对投入辐射的影响物体状态对投入辐射的影响v物体的吸收比、反射比和透射比都是反映物体辐射特性的参数v

19、物质的种类、状态、温度和投入辐射的来源等都会对其产生影响第55页/共101页对大多数固体和液体，当热射线投射到它们表面上对大多数固体和液体，当热射线投射到它们表面上时，会在很短的距离内就被完全吸收时，会在很短的距离内就被完全吸收金属材料：金属材料：仅有几分之一微米仅有几分之一微米大多数非金属材料：大多数非金属材料：一般不超过一般不超过1mm1mm固体和液体对热辐射是不透明的固体和液体对热辐射是不透明的6.4.2实际物体对投入辐射的反应实际物体对投入辐射的反应 1 物体状态对投入辐射的反应物体状态对投入辐射的反应第56页/共101页热射线不能穿透固体和液体，即热射线不能穿透固体和液体，即=06.

20、4.2实际物体对投入辐射的反应实际物体对投入辐射的反应 1 物体状态对投入辐射的反应物体状态对投入辐射的反应 固体和液体的吸收能力越强，反射能力就越弱；反之亦然 由于固体和液体对投入辐射的吸收和反射都是在表面上进行的，物体表面状况对吸收和反射特性影响很大 第57页/共101页气体则不同，气体则不同，0 06.4.2实际物体对投入辐射的反应实际物体对投入辐射的反应 1 物体状态对投入辐射的影响物体状态对投入辐射的影响v吸收比大的气体，其穿透性就差第58页/共101页黑体是理想的辐射吸收体黑体是理想的辐射吸收体实际物体则不然实际物体则不然引入引入光谱吸收比光谱吸收比和和吸收比吸收比的概念的概念 6

21、.4.2实际物体对投入辐射的反应实际物体对投入辐射的反应 2 物体的吸收特性物体的吸收特性第59页/共101页光谱吸收比：光谱吸收比：将物体表面对某一特定波长辐射能所吸将物体表面对某一特定波长辐射能所吸收的份额收的份额6.4.2实际物体对投入辐射的反应实际物体对投入辐射的反应 2 物体的吸收特性物体的吸收特性v式中，G表示波长为的投入辐射；G,为投入辐射中被吸收的部分。第60页/共101页6.4.2实际物体对投入辐射的反应实际物体对投入辐射的反应 2 物体的吸收特性物体的吸收特性v吸收比：物体对全波长范围内的投入辐射所吸收的份额吸收比是在半球方向上进行过积分的平均值。光谱吸收比与吸收比的关系:

22、第61页/共101页6.4.2实际物体对投入辐射的反应实际物体对投入辐射的反应 2 物体的吸收特性物体的吸收特性金属导电体的光谱吸收比与波长的关系 第62页/共101页6.4.2实际物体对投入辐射的反应实际物体对投入辐射的反应 2 物体的吸收特性物体的吸收特性非金属材料的光谱吸收比同波长的关系 第63页/共101页影响物体表面吸收的主要因素有：影响物体表面吸收的主要因素有：（1 1）物体本身的状况）物体本身的状况物体的种类、物体的温度和表面状况物体的种类、物体的温度和表面状况材料不同，对同一波长投入辐射的吸收是不同的材料不同，对同一波长投入辐射的吸收是不同的表面的状况如颜色、粗糙程度对物体的吸

23、收也有表面的状况如颜色、粗糙程度对物体的吸收也有影响，但是影响，但是投入辐射的来源不同，影响程度不同投入辐射的来源不同，影响程度不同6.4.2实际物体对投入辐射的反应实际物体对投入辐射的反应 2 物体的吸收特性物体的吸收特性第64页/共101页（1 1）物体本身的状况）物体本身的状况投入辐射的来源不同，对吸收的影响程度不同投入辐射的来源不同，对吸收的影响程度不同太阳辐射太阳辐射：表面颜色是影响物体吸收的重要因素表面颜色是影响物体吸收的重要因素白色表面对太阳光的吸收能力差、反射能力强，而黑白色表面对太阳光的吸收能力差、反射能力强，而黑色表面对太阳光的吸收能力强、反射能力差色表面对太阳光的吸收能力

24、强、反射能力差“冬不穿白、夏不穿黑冬不穿白、夏不穿黑”的说法的说法6.4.2实际物体对投入辐射的反应实际物体对投入辐射的反应 2 物体的吸收特性物体的吸收特性第65页/共101页（1 1）物体本身的状况）物体本身的状况红外辐射：红外辐射：表面的粗糙状况是影响表面吸收辐射表面的粗糙状况是影响表面吸收辐射能的主要因素能的主要因素，表面颜色对吸收的影响很小，表面颜色对吸收的影响很小如：（如：（1）白漆和黑漆对红外辐射的吸收比几乎相同；）白漆和黑漆对红外辐射的吸收比几乎相同；（2）雪对红外辐射的吸收比可达到）雪对红外辐射的吸收比可达到0.985。6.4.2实际物体对投入辐射的反应实际物体对投入辐射的反

25、应 2 物体的吸收特性物体的吸收特性第66页/共101页（2 2）投入辐射的波长）投入辐射的波长材料不同，光谱吸收比随波长的变化规律也不同材料不同，光谱吸收比随波长的变化规律也不同有些材料，如磨光的铜和铝，有些材料，如磨光的铜和铝，随波长的变化幅随波长的变化幅度不大度不大有些材料的光谱吸收比随波长的变化差异很大有些材料的光谱吸收比随波长的变化差异很大波长不同，同一种材料的光谱吸收比不同波长不同，同一种材料的光谱吸收比不同6.4.2实际物体对投入辐射的反应实际物体对投入辐射的反应 2 物体的吸收特性物体的吸收特性第67页/共101页6.4.2实际物体对投入辐射的反应实际物体对投入辐射的反应 2

26、物体的吸收特性物体的吸收特性第68页/共101页物体的吸收具有选择性：物体的吸收具有选择性：物体的光谱吸收比随波长而异的性质物体的光谱吸收比随波长而异的性质（1）玻璃的选择性吸收而造成的温室效应玻璃的选择性吸收而造成的温室效应玻璃特性：对波长小于玻璃特性：对波长小于2.2m的短波辐射的吸收的短波辐射的吸收比很小，而对大于比很小，而对大于3m的长波辐射的吸收比很大的长波辐射的吸收比很大白天太阳中的可见光可以通过玻璃进入暖房，而白天太阳中的可见光可以通过玻璃进入暖房，而暖房内常温物体发出的长波辐射却难以通过玻璃暖房内常温物体发出的长波辐射却难以通过玻璃6.4.2实际物体对投入辐射的反应实际物体对投

27、入辐射的反应 2 物体的吸收特性物体的吸收特性第69页/共101页（2）焊接中的黑色眼镜焊接中的黑色眼镜能吸收对有害的紫外线能吸收对有害的紫外线（3）自然界中五彩斑斓的色彩：自然界中五彩斑斓的色彩：黑色：物体能几乎全部吸收各种可见光黑色：物体能几乎全部吸收各种可见光灰色：几乎均匀吸收各色可见光并均匀反射各色灰色：几乎均匀吸收各色可见光并均匀反射各色可见光可见光某种颜色：只反射了一种可见光而几乎吸收了其某种颜色：只反射了一种可见光而几乎吸收了其它可见光它可见光6.4.2实际物体对投入辐射的反应实际物体对投入辐射的反应 2 物体的吸收特性物体的吸收特性第70页/共101页6.4.2实际物体对投入辐

28、射的反应实际物体对投入辐射的反应 2 物体的吸收特性物体的吸收特性（3）材料的吸收比还随着外界物体温度的变化而变化第71页/共101页（3 3）材料的吸收比还随着外界物体温度的变化而变）材料的吸收比还随着外界物体温度的变化而变化化外界物体的温度不同，发射的辐射能随波长的分外界物体的温度不同，发射的辐射能随波长的分布规律不同布规律不同实际物体的吸收对波长具有选择性实际物体的吸收对波长具有选择性同一表面在不同的环境中可能具有不同的吸收比同一表面在不同的环境中可能具有不同的吸收比这大大增加了研究难度这大大增加了研究难度 6.4.2实际物体对投入辐射的反应实际物体对投入辐射的反应 2 物体的吸收特性物

29、体的吸收特性第72页/共101页黑体和透明体（如气体）没有反射，镜体则将投入辐黑体和透明体（如气体）没有反射，镜体则将投入辐射全部反射出去射全部反射出去实际物体的反射则介于这些理想体之间实际物体的反射则介于这些理想体之间辐射能投射到实际物体表面后的反射现象和可见光一辐射能投射到实际物体表面后的反射现象和可见光一样，有样，有镜面反射和漫反射镜面反射和漫反射之分之分 6.4.2实际物体对投入辐射的反应实际物体对投入辐射的反应 3 物体的反射特性物体的反射特性第73页/共101页6.4.2实际物体对投入辐射的反应实际物体对投入辐射的反应 3 物体的反射特性物体的反射特性镜面反射的入射角等于反射角漫反

30、射则是物体将从某一方向投射到其表面的辐射能向空间各个方向以相同的强度反射出去第74页/共101页表面的粗糙度对反射的类型有决定性的影响表面的粗糙度对反射的类型有决定性的影响镜面反射镜面反射：表面不平整尺寸：表面不平整尺寸小于小于投入辐射波长投入辐射波长漫反射漫反射：表面不平整尺寸：表面不平整尺寸大于大于投入辐射波长投入辐射波长除经过特殊处理的金属表面外，除经过特殊处理的金属表面外，一般工程材料的表面一般工程材料的表面均可看作是漫反射表面均可看作是漫反射表面，尤其在一般工程温度下的红，尤其在一般工程温度下的红外辐射波段内。外辐射波段内。6.4.2实际物体对投入辐射的反应实际物体对投入辐射的反应

31、3 物体的反射特性物体的反射特性第75页/共101页大部分固体和液体对热射线是不透明的大部分固体和液体对热射线是不透明的物体的透射具有选择性物体的透射具有选择性对某一波长范围的热射线具有良好的穿透性，而对某一波长范围的热射线具有良好的穿透性，而对另外波长范围的热射线则表现出非透射性对另外波长范围的热射线则表现出非透射性例如：例如：石英石英对波长大于对波长大于4m的红外线是不透明体，对的红外线是不透明体，对可见光和紫外线则是透明体。温室效应的原理可见光和紫外线则是透明体。温室效应的原理6.4.2实际物体对投入辐射的反应实际物体对投入辐射的反应 4 物体的透射特性物体的透射特性第76页/共101页

32、气体：气体：不考虑其反射作用不考虑其反射作用当辐射能投射到气体上时，在穿透气体的过程中被吸当辐射能投射到气体上时，在穿透气体的过程中被吸收一部分收一部分参与性气体参与性气体如如CO、NO等等非对称性双原子气体非对称性双原子气体和像和像NO2、CO2、SO2、SO3、H2O等等多原子气体多原子气体，均具有一定，均具有一定的吸收能力的吸收能力6.4.2实际物体对投入辐射的反应实际物体对投入辐射的反应 4 物体的透射特性物体的透射特性第77页/共101页非参与性气体非参与性气体：对辐射能的吸收作用也很弱，可以认：对辐射能的吸收作用也很弱，可以认为为0，是辐射的透明体是辐射的透明体工程常见的温度范围内

33、的非参与性气体：工程常见的温度范围内的非参与性气体：单原子单原子气体和对称型双原子气体气体和对称型双原子气体6.4.2实际物体对投入辐射的反应实际物体对投入辐射的反应 4 物体的透射特性物体的透射特性第78页/共101页参与性气体辐射的两个特点：参与性气体辐射的两个特点：（1 1）气体的辐射和吸收对波长有明显的选择性）气体的辐射和吸收对波长有明显的选择性只在某些波长区段内具有辐射能力只在某些波长区段内具有辐射能力相应地也只在相同的波长区段内才有吸收能力相应地也只在相同的波长区段内才有吸收能力通常将这些波长区段称为通常将这些波长区段称为光带光带（bands）6.4.2实际物体对投入辐射的反应实际

34、物体对投入辐射的反应 4 物体的透射特性物体的透射特性第79页/共101页光带以外，气体既不辐射也不吸收，呈现透明特性光带以外，气体既不辐射也不吸收，呈现透明特性气体的辐射光谱和吸收光谱是不连续的气体的辐射光谱和吸收光谱是不连续的6.4.2实际物体对投入辐射的反应实际物体对投入辐射的反应 4 物体的透射特性物体的透射特性第80页/共101页（2 2）气体的辐射和吸收是在整个容积中进行的）气体的辐射和吸收是在整个容积中进行的当辐射能投射到气体界面上时，辐射能穿过气体当辐射能投射到气体界面上时，辐射能穿过气体界面进入气体层，并在透过气体层的过程中不断被气界面进入气体层，并在透过气体层的过程中不断被

35、气体吸收，最后只有部分能量穿透整个气体层体吸收，最后只有部分能量穿透整个气体层当气体层对某一界面辐射时，是整个气体层中各当气体层对某一界面辐射时，是整个气体层中各处气体对该界面辐射的总和处气体对该界面辐射的总和6.4.2实际物体对投入辐射的反应实际物体对投入辐射的反应 4 物体的透射特性物体的透射特性第81页/共101页上节课上节课6.4.1 实际表面辐射的发射特性实际表面辐射的发射特性 1 实际表面辐射的波长特性实际表面辐射的波长特性 2 实际物体的辐射力：引入发射率，解决了实际实际物体的辐射力：引入发射率，解决了实际物体辐射的计算物体辐射的计算 3 实际表面辐射的方向特性：对大多数工程材料

36、，实际表面辐射的方向特性：对大多数工程材料，在红外辐射波段内，看作是漫射表面在红外辐射波段内，看作是漫射表面第82页/共101页上节课上节课6.4.2 实际表面对投射辐射的反应实际表面对投射辐射的反应1）反射特性）反射特性镜反射镜反射漫反射：漫反射：一般工程材料的表面均可看作是漫反一般工程材料的表面均可看作是漫反射表面射表面，尤其在一般工程温度下的红外辐射波段内，尤其在一般工程温度下的红外辐射波段内第83页/共101页上节课上节课6.4.2 实际表面对投射辐射的反应实际表面对投射辐射的反应2）透射特性）透射特性一般的固体和液体是不透明的一般的固体和液体是不透明的气体：非参与性气体（透明的），参

37、与性气体气体：非参与性气体（透明的），参与性气体（有吸收和发射）（有吸收和发射）气体辐射的特点：气体辐射的特点：吸收与辐射均有选择性吸收与辐射均有选择性在整个体积内进行的在整个体积内进行的第84页/共101页上节课上节课6.4.2 实际表面对投射辐射的反应实际表面对投射辐射的反应3）吸收特性）吸收特性与自身因素有关与自身因素有关与投射辐射的波长有关：物体的吸收有选择性与投射辐射的波长有关：物体的吸收有选择性与投射辐射的来源有关与投射辐射的来源有关第85页/共101页物体的辐射特性：吸收特性、发射特性物体的辐射特性：吸收特性、发射特性问题同一表面的这两种性质有无联系？黑体：发射率反映物体发射辐射

38、能能力大小吸收比反映物体吸收辐射能能力大小实际物体是否也有这样的关系呢？6.4.3 基尔霍夫定律基尔霍夫定律第86页/共101页简单情形分析简单情形分析两平行平板间的辐射传热两平行平板间的辐射传热板2净损失的能量为 板1是黑体 板2是实际物体 6.4.3 基尔霍夫定律第87页/共101页两板处于热力学平衡状两板处于热力学平衡状态态 基尔霍夫定律6.4.3 基尔霍夫定律第88页/共101页基尔霍夫定律的表述基尔霍夫定律的表述热平衡条件下，物体的辐射力与其吸收比的比值等热平衡条件下，物体的辐射力与其吸收比的比值等于相同温度下黑体辐射力于相同温度下黑体辐射力 v热平衡条件下，物体的发射率（黑度）等于

39、它的吸收比 6.4.3 基尔霍夫定律第89页/共101页基尔霍夫定律的两条有用的结论基尔霍夫定律的两条有用的结论（1）善于辐射的物体必善于吸收善于辐射的物体必善于吸收，反之亦然，反之亦然 v（2）相同温度下黑体的辐射力最大6.4.3 基尔霍夫定律第90页/共101页对漫射表面的全球向光谱辐射和吸收对漫射表面的全球向光谱辐射和吸收，重复上述推导，重复上述推导过程可以得到针对半球向光谱特性的基尔霍夫定律过程可以得到针对半球向光谱特性的基尔霍夫定律 此时，保持板2的温度不变，如果投射辐射不是来自黑体、系统也不处于热平衡，它成立吗？对漫射表面，此式无条件成立!6.4.3 基尔霍夫定律第91页/共101

40、页对半球向全波长辐射和吸收的基尔霍夫定律：对半球向全波长辐射和吸收的基尔霍夫定律：适用条件：适用条件：（1 1）两个物体必须处于热平衡条件）两个物体必须处于热平衡条件（2 2）实际物体接收的投射辐射必须来自黑体）实际物体接收的投射辐射必须来自黑体 条件非常苛刻！基尔霍夫定律的结论是很有吸引力的6.4.3 基尔霍夫定律第92页/共101页灰体灰体光谱吸收比与波长无关的物体光谱吸收比与波长无关的物体 对由黑体和灰体组成的辐射换热系统在热平衡的条件下重复推导过程：6.4.4 灰体第93页/共101页请思考：若保持灰体自身温度不变，改变灰体的环境：使其所受的辐射不是来自同温度下的黑体辐射，而是来自任意

41、温度的其他物体，这时上式还成立吗？换句话说：是否一定要热平衡？一定要来自黑体辐射？6.4.4 灰体第94页/共101页答案是肯定的答案是肯定的1）按灰体的定义其吸收比与波长无关，在一定温度）按灰体的定义其吸收比与波长无关，在一定温度下为常数，下为常数，不再与环境有关不再与环境有关2）物体的发射率是物性参数，与环境条件无关，自）物体的发射率是物性参数，与环境条件无关，自身温度一定时为常数身温度一定时为常数这两个常数只和自身有关这两个常数只和自身有关 对灰体表面：始终有吸收比等于发射率的结论 6.4.4 灰体第95页/共101页灰体表面也是一个理想化表面灰体表面也是一个理想化表面 问题问题什么样的

42、表面可以看成是灰体表面呢？什么样的表面可以看成是灰体表面呢？一般工程中的实际物体是否可近似为灰体？一般工程中的实际物体是否可近似为灰体？v在工业高温范围内：绝大部分物体的辐射能量都位于红外波段，大多数工程材料在红外波段中的光谱吸收比基本上等于常数，可看作是灰体 6.4.4 灰体第96页/共101页Attention！不能不能把该结论把该结论任意地扩展到包括可见光在内的全波段范围内任意地扩展到包括可见光在内的全波段范围内本课程只讨论本课程只讨论漫灰表面漫灰表面 6.4.4 灰体第97页/共101页漫射表面的重要性漫射表面的重要性漫发射表面漫发射表面能够向半球空间各方向以均匀的定向辐能够向半球空间

43、各方向以均匀的定向辐射度发射辐射能的物体表面，射度发射辐射能的物体表面，Lp常数常数漫反射表面漫反射表面无论投射辐射来自何方，物体在半球空无论投射辐射来自何方，物体在半球空间各方向上都有间各方向上都有均匀的反射辐射度均匀的反射辐射度漫射表面漫射表面既是漫发射表面，又是漫反射表面的物体既是漫发射表面，又是漫反射表面的物体表面，表面，漫射表面的发射与反射与空间方位无关漫射表面的发射与反射与空间方位无关，均为，均为“等强度等强度”第98页/共101页漫射表面的重要性第99页/共101页漫射表面不必考虑热辐射的方向性漫射表面不必考虑热辐射的方向性在工程中，除了经过特殊处理的金属表面外，在工程中，除了经过特殊处理的金属表面外，绝大部绝大部分工程材料都可看作是漫射表面分工程材料都可看作是漫射表面漫射表面的概念对热辐射非常重要漫射表面的概念对热辐射非常重要漫射表面的重要性第100页/共101页感谢您的观看！第101页/共101页