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1、1第八章辐射传热以电磁波传递和交换热量8.1 辐射传热的基本概念0.101000mm:a.辐射是物体通过电磁波传递能量的现象。c.辐射能辐射过程中传递的能量称为辐射能。b.热辐射由于物体内部微观粒子的热运动状态改变，而将部分内能转换成电磁波的能量发射出去的过程。d.热射线热辐射产生的电磁波叫热射线，波长主要位于的范围内。e.热辐射的特点不依赖于物体接触就能进行热量传递；T0的物体都会不断地发射热射线。(1). 热辐射的波长范围10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 10 102 103 104 105 106 107/mlm波长可见光: 波长在 0.380.7
2、6m；紫外线：波长小于 0.38m;红外线：波长大于 0.76m 。射线X射线热射线红外线紫外线可见光 无线电波电磁波波谱热射线( )0.101000mm:(2). 吸收比、反射比和透射比GGGGart=+GaGrGtG由能量守恒原理可知1 GGGGGGrat=+GGaa =GGtt =GGrr =1art+=各分量与总量的比值为为吸收比；称： 为反射比；为透射比。有热射线进入固体或液体后，在一个极短的距离内就被完全吸收。所以，可以认为热射线不能穿透固体和液0t = 1ar+=体，即 。于是，对于固体和液体有(3). 黑体、白体和透明体黑 体能全部吸收外来射线的物体，即的物体。白 体能全部反射
3、外来射线的物体，即1，称为白体。透明体能被外来射线全部透射的物体，即的物体。(4). 镜反射和漫反射热射线投射到物体表面后的反射现象和可见光一样，表面不平整尺寸小于投射辐射的波长时，形成镜面反射，反射角等于入射角。当表面不平整尺寸大于投射辐射波长时，形成漫反射，此时，反射能均匀分布在各个方向。1q 2q12qq=n漫反射镜反射2(5). 漫发射、漫反射和漫射表面漫发射表面能向半球空间各方向发出均匀辐射强度的物体表面。漫反射表面漫射表面表面既是漫发射表面，又是漫反射表面，这样的表面称为漫射表面。漫发射表面 漫反射表面能向半球空间各方向均匀地反射来自各方向的投射辐射。(6). 光谱吸收比、光谱反射
4、比和光谱透射比1lllart+=如果投射能量是某一波长下的光谱辐射，上述关系也同样适用，即分别称为光谱吸收比、光谱反射比和lllart、式中光谱透射比。GalGrlGtlGlGGGGlalrltl=+11GGGGGGrlaltlllllllart+=+=(7). 对物体吸收特性的基本认识煤烟的0.96，高度磨光的纯金 0.98。雪对可见光是良好的反射体，对肉眼来说是白色的，但对红外线却几乎能全部吸收。白布和黑布对可见光的吸收率不同，但对红外线的吸收率却基本相同。普通玻璃对波长小于2m射线的吸收率很小，从而可以把照射到它上面的大部分太阳能透射过去。但玻璃对2m以上的红外线几乎是不透明的。8.2
5、黑体辐射的基本定律2）光谱辐射力单位时间内，物体单位表面积向半球空间发射出的波长从到+d范围内的单位波长的能量2W/m。El。2W/(m.m)dEEdl ml=1）辐射力（全辐射力）单位时间内物体表面单位辐射面积向半球空间所有方向发射出去的全波长的辐射能的总能量。称为全辐射力（简称辐射力），用表示，单位 黑体辐射力用 Eb表示。0EEdl l= El Edl ldl l黑体光谱辐射力用 表示。bE l(1). 普朗克定律普朗克第二常数，251/ 1b CTCEel ll=bE l2W/(mm)m ；l mm 。T1C8423.74310W.m/mm ；2C41.43910mKm 。普朗克定律黑
6、体的光谱辐射力，式中，波长，黑体的热力学温度，；普朗克第一常数，值为黑体光谱辐射力与波长及温度的关系3(2). 维恩位移定律max 2898m.Kb Tlm=maxbl 。maxbE l0bdEdll =由上图可知，光谱辐射力随着波长的增加，先增大，然后又减小。光谱辐射力最大处的波长也随温度的不同而变化，且随着温度的升高峰值向左移动，移向较短的波长，利用最大值原理 时对应的波长,可得在维恩得到T=2000K max 2.898 1.45m2000blm=T=5800K max 2.898 0.50m5800blm=时时0.1 0.2 0.4 0.6 1 2 4 6 10 20 40 60 10
7、01 10-1 10-210-3 10-4 109 108 107 106 105 104 103 102 101 5010030080020005800K2W/mmbE l/ml黑体最大光谱辐射力与波长和温度的关系可见光(3). 斯蒂芬玻尔茨曼定律黑体辐射常数，251/001bb CTCEEddel llll=442W/m100bbbTETCs =bC24=5.67 W/(mK)bC 。依辐射力和光谱辐射力的关系有积分后得式中， 黑体辐射常数，bs -824b=5.67 10 W/(mK)s 。(4). 黑体辐射函数12ll 12()bE ll，212 1()bbEEdlllll = 12(
8、)bF ll 。记作若要计算波长 波段内的黑体辐射力 可知2100bbEdEdllll=211(0)(0)bbEEll=于是有( )2121 00120() bbbbbbEdEdEdF EEdlllllllllll=1221()(0)(0)bbbFFFllll=这一波段的能量通常用同温度下黑体辐射力的百分数间接表示,式中， 12(0)(0)bbFFll、 分别为波长从0到的黑体辐射占相同温度下黑体辐射力的百分数。2l 1l和从到即黑体辐射函数的计算Tl能量的份额可以表示成单一的变量称为黑体辐射函数。见P196页表8-20500(0)()()Tb bbbEd EFdTfTEcTlll ll ll
9、=()fTl的函数12()12()bbbEFEll ll=的波长范围内黑体的波段辐射函数为21001221()(0)(0)bbbbbbEdEdFFFElllll ll= :在12ll例题已知太阳能集热器的透光玻璃在波长从0.352.7 范围内的透射率为85，在此范围外是不透的。试计算太阳辐射对该玻璃的透射率。把太阳辐射作为黑体,它的表面温度为5762。mm1 mKTlm 1(0)bF l 2 mTKlm 2(0)bF l太阳辐射透过该玻璃的百分数为：90.210.8576.68mm因此投射到玻璃上的太阳能在波长 0.352.7 范围内的能量，占总能量的百分数为 : 97.176.9690.21
10、2017 6.96% 15557 97.17%项目结果利用黑体辐射函数表计算结果120.35m5762K;2.7m5762KTTll=解4讨论：由于集热器的表面温度较低，一般不超过373，它的长波辐射对玻璃是不透过的。因此，该透光玻璃的这种对短波透射和对长波阻挡的性质，减少了集热表面透过玻璃向外的辐射热损失。mm投射到玻璃上的太阳能在波长 0.352.7 范围内的能量，占总能量的百分数为 : 97.176.9690.21太阳辐射透过该玻璃的百分数为：90.210.8576.68mm293K000K000K000K800KjT = 、1 、2 、3 、5 。il0.1m m m m m m,il
11、 = 、0.38 、0.76 、3 、20 、1000解 按题意令例题8-2 试计算表面温度分别为293K、1000、2000、5800的黑体辐射出来的能量中，紫外线，可见光和波段为0.76 3.0、3 20、20 1000、0.76 20 的红外线辐射能在黑体总辐射能中所占的份额。而温度分别将 jT乘以 查表8-2得黑体辐射函数，再由式21001221()(0)(0)bbbbbbEdEdFFFElllll ll= :求得黑体辐射函数。将计算结果汇总成下表：(00.1)%bF 293K 1000K2000K 3000K 5800KT/K (00.38) %bF (01000)%bF (00.7
12、6) %bF (03) %bF (020) %bF T/K(0.10.38)%bF (0.380.76) %bF (0.7620)%bF (0.763)%bF (320)%bF (201000) %bF 293K 1000K2000K 3000K 5800K 10.1 44.8 43.0 2.1 0 45.10 0 0 72.5 27.5 72.50 0 27.4 71.2 1.4 98.60 0 0 0 72.5 1000 0 0 27.4 98.6 1000 0 1.3 73.8 99.8 1000 0.1 11.7 89.1 99.9 1000 10.1 54.9 97.9 100 10
13、00 1.3 72.5 26.0 0.2 98.50.1 11.6 77.4 10.8 0.1 88.2红外线紫外线 可见光讨论（1）在工程上遇到的温度范围内，热射线主要集中在0.7620m(即红外线)范围内。（2）太阳表面温度可认为5800K的黑体，其热辐射为可见光占44.8%，红外线占45.1%、紫外线占10.1%，因此对于太阳辐射必须考虑紫外线部分。（3）常温（20）下物体辐射时几乎全部是远红外线。8.3 实际物体的辐射和吸收Ell实际物体黑体实际物体的发射率000440bbbbbbEdEdEdEEEETTEdllllllelee ss=实际物体的辐射力44100bbbTEETceese=（2）实际物体的光谱发射率光谱辐射力随波长变化；bEEllle =bEEllle=bEEe =抛光铸铁 0.21抛光铝 0.04抛光金 0.02 例表面温度为200时发射率磨光的铝的发射率
