文档介绍：第13章辐射传热中的科学问题
党安旺马春红
王小林
指导教师:程晓舫
2008年04月27日
主要内容
立体角的定义和作用
辐射强度的定义
Beer定律(容积吸收)
辐射测量的有关问题
§—1 辐射强度
§— 辐射是电磁波传递能量的现象。由热的原因而产生的电磁波辐射称为热辐射。热发射的机理是由物体内部微观粒子的热运动状态改变时激发出来的。只要物体高于绝对零度,就会向外辐射。辐射换热是物体相互辐射和吸收的结果。物体和环境处于热平衡时,其表面的辐射仍在进行,只是换热为零。
辐射传输本质的两种理论解释
电磁波理论:辐射是电磁波的传播(或其传播能量)
粒子说解释:辐射是光子或量子的传播(或其传播能量)
电磁波辐射谱如下图所示
热辐射:~100μm(包括了一部份紫外辐射和全部可见光以及红外辐射)
值得一提的是红外线有近红外和远红外之分,大约以25µm为界。微波炉就是利用远红外来加热物体的。远红外可以穿过塑料、玻璃及陶瓷制品,但却会被像水这样的具有极性分子的物体吸收,在物体内部产生内热源,从而使物体比较均匀的得到加热,各类食品的主要成分是水,因此远红外加热是一种比较理想的加热手段。
辐射的四个重要而复杂的性质
辐射的温度性质(T) :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(λ):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(θ,φ):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(β):同样一种材料,如果对表面予以不同的处理(氧化、抛光等),则辐射的强弱也会发生改变。
辐射换热与导热、对流换热不同
辐射必然伴随着能量形式的转变(辐射能与热能),动态稳定
不需任何介质,温度场可以是不连续的
辐射表面具有方向性和选择性
注:介质的发射、吸收、散射影响也使得辐射换热变得更为复杂。
辐射图解
这张图可以使我们对于辐射换热有一个感性的认识。
§—
由表面发出的辐射是向所有方向传播的,但我们常常需要关注的是某个发射的方向分布。再者,投射在表面的辐射可能来自不同的方向,而表面对这些辐射的反应情况又是和方向有关的,这种方向因素可通过引入辐射强度的概念来处理。
为了消除距离对辐射的影响,引入立体角概念
立体角:立体角为一空间角度,其量度与平面角的量度相类似。将半球表面上被立体角所切割的面积除以半径的平方,即得立体角的量度如下页图示
立体角与距离无关(单位是立体弧度sr)