文档介绍：辐射传热
第十三章辐射传热中的科学问题
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辐射是由物质的发射而引起的。
辐射的传输本质有两种理论解释:一种是把辐射看成为光子或量子的质点集合的传播;另一种认为辐射是电磁波的传播。
辐射的传输方向:由表面发射的辐射是向所有可能的方向传播的。
辐射有四个重要而复杂的特性:
辐射的温度性质:辐射与物质因具有一定的温度而发射能量的速率相关联;
辐射的光谱性质:辐射包含着一个波长范围,辐射的强弱随波长而变化;
辐射的方向性质:一个表面的发射辐射,在不同的方向上有着不同的强弱;
辐射的表面性质:同样一种材料,如果对表面予以不同的处理,则辐射的强弱也会发生改变。
因此,辐射强度被写为:。通常,将②③④称为辐射性质。于是,辐射强度与如下因素有关:
温度:作为科学测量,必须首先完成两件事:ⅰ)温度标尺的刻度、ⅱ)温度标尺刻度原点的确定。
辐射性质:关于辐射的光谱性和方向性,在定义了几何量(长度、角度)测量标尺后,就可以进行定量测量和表述;辐射的表面性质,迄今为止无法做简单的定量表述,最多只能做统计意义上的复杂的定量表述。
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定义:在波长及方向由垂直于所论方向的单位发射面积发出的、包含在围绕所论方向的单位立体角内及围绕波长的单位波长间隔内的辐射能的速率。
立体角:
对于一个球面:
故而:
注意:立体角与距离无关!
有了上述定义,辐射强度因此可以度量,

相应地,光谱辐射强度为,

上式中,
:离开并穿过的辐射能速率;
:的辐射流密度;
:离开并穿过的波长为的辐射能速率;
:的光谱辐射流密度。
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由,

得,

式中,是从见到的所张的立体角,

于是,到的辐射传热为,

到的光谱辐射传热为,

上式指出:在真空作为传输介质的情况下,辐射传热与这两种因素有关,
取决于两个表面的几何形状和方位;
取决于发射辐射表面的辐射性质和温度。
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通常利用光学成像装置进行辐射测量。在如图所示的辐射测量系统中,
,
于是,某一面元上的发射辐射到达和进入镜头的光谱辐射通量(传热量)为,

设透镜的透过率函数为,则透过透镜到达成像焦平面上的辐射通量为,
焦平面上的辐射强度为,
由立体几何关系,有,
当景物距离不很远时,并且考虑具有光孔放大率的非对称镜头,有,

将以上两个关系代入上式,最后得,
与辐射传热相似,光学成像(辐射测量)的辐射通量与下列因素有关:
取决于辐射表面和测量仪器观察方位;
取决于辐射测量仪器的光学成像参数;
取决于发射辐射表面的辐射性质和温度。
§ 辐射传输介质
以上讨论过程中,假设辐射在真空中传输,于是不涉及辐射传输介质对辐射的吸收、散射与发射。
如果辐射是在半透明的介质中传输,在忽略了传输介质对辐射的散射和传输介质自身的发射以后,被传输的辐射经过一定长度的传输介质后,强度将因吸收而减弱。如果传输介质的吸收系数为
,则发生在长度