文档介绍：热辐射基本定律和辐射特性
传热学 Heat Transfer
8-1 热辐射的基本概念
热辐射:由物体内部微观粒子热运动产生的,以电磁波形式传递的能量;
辐射传热:物体间通过相互热辐射与吸收传递热量的过程。
热辐射的特点:
任何物体,只要温度高于0 K,就会不停地向周围空间发出热辐射;
无需介质,可以在真空中传播。
辐射传热与导热、对流传热的区别
无需任何的介质;
伴随能量形式的转变(发射时热能转变为辐射能,吸收时辐射能转变为热能);
辐射能力正比于热力学温度的四次方;
发射和吸收不仅与自身的温度和表面状况相关,还取决于波长和方向;
辐射传热量是物体间相互辐射与吸收的动态平衡(当物体间处于热平衡时,净辐射换热量等于零,但是相互间的辐射与吸收仍在进行)。注意热辐射与辐射传热的概念区别
传热学 Heat Transfer
8-1 热辐射的基本概念
电磁波:交变电磁场在空间的传播。与弹性介质中的机械波不同,电磁波的传播不需要
介质,且传播速度等于光速。
电磁波传播速度、频率与波长的关系: c = fλ真空 c=3×108 m/s
电磁波频谱:
High-energy physicist /
nuclear engineer
Thermal engineer
Electrical engineer
计及太阳辐射(5800K)的热射线:
λ=~100μm
工业领域温度范围(<2000K)的热射线:
λ=~20μm
可见光(λ=~)
红外线(λ=~1000μm )
微波(λ=1mm~1m )
传热学 Heat Transfer
8-1 热辐射的基本概念
物体对热辐射的吸收、反射与穿透:
可见光、声波、热射线
式中α、ρ和τ分别为吸收比、反射比和穿透比
黑体:α=1
镜体(白体): ρ= 1
透明体: τ=1
对于大多数的固体和液体:
对于不含颗粒的气体:
辐射表面的状况影响大
辐射表面的状况影响小,容器的形状影响大
理想辐射体
能量守恒
传热学 Heat Transfer
8-1 热辐射的基本概念
物体对热辐射的吸收、反射与穿透:
镜面反射
(表面粗糙度< 波长)
漫反射
(表面粗糙度> 波长)
辐射表面的状况对固体、液体辐射能的反射
一般工程材料表面均为漫反射
传热学 Heat Transfer
8-1 热辐射的基本概念
热辐射的基本属性:发射和吸收不仅与自身的温度和表面状况相关,还取决于波长和方向
频谱分布特性
方向性分布特性
传热学 Heat Transfer
8-2 黑体热辐射基本定律
黑体: 吸收比α=1 ,能够全部吸收各种波长热辐射能的理想物体。
在相同温度的物体中,黑体的辐射能力最大。
辐射换热的基本研究方法:将真实物体的辐射与黑体进行比较和修正,通过实验获得修正系数,从而获得真实物体的热辐射规律。
黑体模型
,%,则该模型的吸收比>,近似为黑体
传热学 Heat Transfer
热辐射的能量表示参数:
辐射力 E: 单位时间内,物体的单位表面积向半球空间发射的所有波长的能量总和。
(W/m2);(亦称为半球辐射力,注意单位)
光谱辐射力 Eλ:单位时间内,单位波长范围内(包含某一给定波长),物体的单位表面
积向半球空间发射的能量。(W/m3); (亦称为半球光谱辐射力)
辐射力是光谱辐射力曲线下的总面积
黑体一般采用下标 b 表示,如黑体的辐射力为Eb,黑体的光谱辐射力为Ebλ
黑体辐射三大定律:普朗克定律、斯忒潘-玻耳兹曼定律、兰贝特定律
8-2 黑体热辐射基本定律
一定温度下单位面积黑体辐射的总能量=?
总能量中各个波段的能量分别占多少比例?
辐射能在空间是如何分布的?
传热学 Heat Transfer
普朗克定律: 揭示了黑体辐射能的光谱特性,即黑体的光谱辐射力Ebλ随波长和温
度变化的规律。Ebλ=f(λ,T)
λ—波长,m; T —黑体温度,K;
c1 —第一辐射常数,×10-16 Wm2;
c2 —第二辐射常数,×10-2 mK;
8-2 黑体热辐射基本定律
传热学 Heat Transfer
普朗克定律: 揭示了黑体辐射能的光谱特性,即黑体的光谱辐射力Ebλ随波长和温
度变化的规律。
温度越高,黑体的光谱辐射力越大;
一定温度下,黑体的光谱辐射力随波长的增加而“先增后减”。
对应黑体最大光谱辐射力的波长λm与温度的关系(维恩位移定律):
8-2 黑体热辐射基本定律
The sun emits approximately as