文档介绍：第六章热辐射及辐射换热第六章热辐射及辐射换热§ 6-1 热辐射的基本概念 1. 热辐射特点(1) 定义:由热运动产生的,以电磁波形式传递的能量; (2) 特点: a 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; b 可以在真空中传播; c 伴随能量形式的转变; d 具有强烈的方向性; e 辐射能与温度和波长均有关; f 发射辐射取决于温度的 4次方。 2. 电磁波谱电磁辐射包含了多种形式,如图 -1 所示,而我们所感兴趣的,即工业上有实际意义的热辐射区域一般为 ~100 μm。电磁波的传播速度: c = fλ式中: f—频率, s-1; λ—波长, μm 电磁辐射波谱图6-1 当热辐射投射到物体表面上时,一般会发生三种现象,即吸收、反射和穿透,如图 -2 所示。 1 1??????????????????????Q QQ QQ Q QQQQ 、 物体对热辐射的吸收反射和穿透对于大多数的固体和液体: 对于不含颗粒的气体: 对于黑体: 镜体或白体: 1??1??1?? 1 ,0??????1,0??????透明体: 反射又分镜反射和漫反射两种图 6-3 镜反射图 6-4 漫反射 : 是指能吸收投入到其面上的所有热辐射能的物体,是一种科学假想的物体,现实生活中是不存在的。但却可以人工制造出近似的人工黑体。图6-5 黑体模型§ 6-2 黑体辐射的基本定律辐射力 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/m 2); 光谱辐射力 E λ: 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/m 3); E、Eλ关系:显然, E和Eλ之间具有如下关系: ??dEE??? 0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 Eb λ 1 )( 51 2???Tc be cE ???式中, λ—波长, m ;T—黑体温度, K ; c 1—第一辐射常数, ×10 -16 W?m 2; c 2 —第二辐射常数, ×10 -2 W?K; (1)Planck 定律(第一个定律): -6 是根据上式描绘的黑体光谱辐射力随波长和温度的依变关系。λm与T的关系由 Wien 位移定律给出, Km T m????3 10 8976 .2?图 6-6 Planck 定律的图示(2)Stefan-Boltzmann 定律(第二个定律): ??? 21????dEE b b 4 0 )( 51 01 2Tde cdEE Tc bb ???????????????式中, σ= ×10-8 w/(m2 ?K4) ,是 Stefan- Boltzmann 常数。(3) 黑体辐射函数黑体在波长λ1和λ2区段内所发射的辐射力,如图 - 所示: 图6- 特定波长区段内的黑体辐射力定义: 球面面积除以球半径的平方称为立体角,单位: sr(球面度),如图 -8 和 -9 所示: ???dd sin dd 2???r A c(4) 立体角黑体辐射函数:)()( 11 12)0()0( 00 4 4 0 )(1 2 1 2 21 2121TfTfFF dEdET dETdE dEF bb bb b b b b???????????????????????????????????????????????