《传热学》第八章课件解读

《传热学》第八章课件解《传热学》第八章课件解读读传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer辐射换热：辐射换热：通过相互辐射与吸收进行的热交换通过相互辐射与吸收进行的热交换辐射换热特点：辐射换热特点：不需中间介质参与不需中间介质参与伴有能量形式的变化伴有能量形式的变化低温物体也向高温物体传热低温物体也向高温物体传热计算所需变量：计算所需变量：辐射：辐射：不同波长上辐射能量不同波长上辐射能量全波段上辐射总能量全波段上辐射总能量在不同方向辐射能量在不同方向辐射能量吸收：吸收：投入能量投入能量对某波长辐射的吸收对某波长辐射的吸收对全波段辐射的吸收对全波段辐射的吸收传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer吸收、反射和透射吸收、反射和透射 周围物体在单位时间内投周围物体在单位时间内投射到物体单位表面积上的辐射射到物体单位表面积上的辐射能用Q表示，单位表示，单位W/m2 1 1、、投射辐射投射辐射 被被物物体体吸吸收收、、反反射射和和透透射射的的部部分分所所占占总总投投射射辐辐射射的份额分别称为的份额分别称为吸收比吸收比 、反射比、反射比  和透射比和透射比  。

2 2、吸收比、反射比和透射比、吸收比、反射比和透射比传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer 视物体表面状况（平整程度）和投入辐射的波视物体表面状况（平整程度）和投入辐射的波长，表面的反射又分为长，表面的反射又分为镜反射镜反射和和漫反射漫反射3 3、镜反射和漫反射、镜反射和漫反射 漫反射是把来自任意方向、任意波长的投入辐漫反射是把来自任意方向、任意波长的投入辐射以均匀的射以均匀的强度（不是强度（不是“能量能量”））反射到半球空间反射到半球空间所有方向上去所有方向上去注：除了特殊处理的金属表面，大部分的工程材料均可视为漫注：除了特殊处理的金属表面，大部分的工程材料均可视为漫反射a)(a)镜反射镜反射(b)(b)漫反射漫反射传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer 吸收比吸收比  = 1= 1的物体称为黑体的物体称为黑体4 4、黑体、白体和透明体、黑体、白体和透明体 反射比反射比  = 1= 1的物体称为白体（或镜体）的物体称为白体（或镜体） 透射比透射比  = 1= 1的物体称之为透明体。

的物体称之为透明体 对某波长辐射（光谱辐射）对某波长辐射（光谱辐射） 光谱吸收比、光谱反射比和光谱透射比光谱吸收比、光谱反射比和光谱透射比传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer§8-2 黑体辐射的基本定律黑体辐射的基本定律一、黑体与黑体模型一、黑体与黑体模型 黑体是吸收比等于黑体是吸收比等于1 1的理想物体它具有同温度的理想物体它具有同温度下辐射能力最大的性质下辐射能力最大的性质 尽管在自然界并不存在黑体，但用人工的方法尽管在自然界并不存在黑体，但用人工的方法可以制造出十分接近于黑体的模型如：空腔上的可以制造出十分接近于黑体的模型如：空腔上的小孔传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer光谱辐射力、辐射力、定向辐射强度光谱辐射力、辐射力、定向辐射强度1 1、光谱、光谱辐射力辐射力 在单位时间内物体单位面积上向半球空间所有在单位时间内物体单位面积上向半球空间所有方向发射的从方向发射的从到到+ +d波长的辐射能称为光谱辐射波长的辐射能称为光谱辐射力，用符号力，用符号E 表示，单位为表示，单位为W/m3。

2 2、、辐射力辐射力 在在单位时间单位时间内物体内物体单位面积单位面积上向上向半球空间所有半球空间所有方向发射的全部波长方向发射的全部波长范围内的辐射能称为辐射力，范围内的辐射能称为辐射力，用符号用符号E表示，单位为表示，单位为W/m2传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer二、斯忒藩二、斯忒藩- -玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律 黑体辐射的辐射力与温度的关系遵循斯忒藩黑体辐射的辐射力与温度的关系遵循斯忒藩- -波波尔兹曼定律：尔兹曼定律： 黑体辐射三定律黑体辐射三定律——普朗克定律、斯忒藩普朗克定律、斯忒藩-玻耳兹曼定律、兰贝特定律玻耳兹曼定律、兰贝特定律传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer三、普朗克定律三、普朗克定律 19001900年年，，普普朗朗克克（（M.Planck））在在量量子子假假设设的的基基础础上上，，从从理理论论上上确确定定了了黑黑体体辐辐射射的的光光谱谱分分布布规规律律，，也就是普朗克定律也就是普朗克定律C C1 1—普朗克第一常数普朗克第一常数，，C C1 1= 3.742×10= 3.742×10-16-16 W m2 ; ;C C2 2—普朗克第二常数普朗克第二常数，， C C2 2 = 1.439×10= 1.439×10-2-2 m K。

传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer根根据据黑黑体体辐辐射射曲曲线线可可以以得以下规律得以下规律：：(1) (1) 温温度度愈愈高高，，同同一一波波长下的光谱辐射力愈大；长下的光谱辐射力愈大；(2) (2) 在在一一定定的的温温度度下下，，黑黑体体的的光光谱谱辐辐射射力力随随波波长长连连续变化，并在某一波长下具有最大值；续变化，并在某一波长下具有最大值；(3) (3) 随随着着温温度度的的升升高高，，光光谱谱辐辐射射力力取取得得最最大大值值的的波波长长 maxmax愈愈来来愈愈小小，，即即在在 坐坐标标中中的的位位置置向向短短波波方方向向移动 传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer维恩位移定律维恩位移定律 mK 计算温度分别为计算温度分别为300K和和5800K时最大光谱辐射力所时最大光谱辐射力所对应的波长对应的波长 maxmax传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer波段范围内辐射力的计算波段范围内辐射力的计算为了计算上式，先计算为了计算上式，先计算（（0 0— ) )的辐射占总辐射的辐射占总辐射力的百分比力的百分比：：表表8-18-1给出了黑体辐射函数表，即给出了黑体辐射函数表，即 f(  T)的数值。

的数值传热学传热学 Heat Transfer Heat TransferT / (mK)Fb(0-) / % T / (mK)Fb(0-) / %10001100120013001400150016001700180019002000220024002600280030000.03230.09160.2140.4340.7821.2901.9792.8623.9465.2256.69010.1114.0518.3422.8227.36 650070007500800085009000950010000120001400016000180002000022000240002600077.6680.8383.4685.6487.4789.0790.3291.4394.5196.2997.3898.0898.5698.8999.1299.30传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer例题：计算太阳辐射中可见光所占的比例例题：计算太阳辐射中可见光所占的比例解：太阳可认为是表面温度为解：太阳可认为是表面温度为T = 5762 K的黑体，的黑体，可见光的波长范围是可见光的波长范围是0.38～～0.76 m ，即，即 1 = 0.38  m ,  2 = 0.76  m , 于是于是 mK mK 由黑体辐射函数表可查得由黑体辐射函数表可查得 可见光所占的比例为可见光所占的比例为 传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer解：白炽灯灯丝可认为是表面温度为解：白炽灯灯丝可认为是表面温度为T =3000K的的黑体，可见光的波长范围是黑体，可见光的波长范围是0.38～～0.76 m ，即，即 1 = 0.38  m ,  2 = 0.76  m , 于是于是 可见光所占的比例为可见光所占的比例为 例题：计算例题：计算白炽灯白炽灯辐射中可见光所占的比例辐射中可见光所占的比例。

传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer四、兰贝特定律四、兰贝特定律传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer定向辐射强度定向辐射强度 定向辐射强度与定向辐射力都是表示辐射定向辐射强度与定向辐射力都是表示辐射在空在空间方向上的分布情况介绍它们之前，先介绍几个间方向上的分布情况介绍它们之前，先介绍几个的名词1) (1) 立体角立体角 立体角是指球面上的面立体角是指球面上的面积与球心所对应的空间积与球心所对应的空间角度角度立体角的单位叫立体角的单位叫空间度（球面度），用空间度（球面度），用SrSr表示 传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer右图中微元面积右图中微元面积dAdA2 2对球对球心所张的微元立体角为：心所张的微元立体角为：(2) (2) 可见面积可见面积可见辐射可见辐射面积面积是指从空间某方向所看到是指从空间某方向所看到的表面有效面积如右图的表面有效面积如右图中的可见面积为：中的可见面积为：传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer可见辐射面积的重要性(3) (3) 定向辐射强度定向辐射强度是指是指单位时间，单位可见面积发射出去落在空间单位时间，单位可见面积发射出去落在空间任意方向的单位立体角内的能量任意方向的单位立体角内的能量。

可见辐射可见辐射面积面积 如果仅考虑某特定如果仅考虑某特定波长的辐射，那么相应波长的辐射，那么相应的量被称为定向光谱辐的量被称为定向光谱辐射强度射强度 传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer 兰贝特定律是兰贝特定律是指定向辐射强度与方向无关的规指定向辐射强度与方向无关的规律，律，即：即： 黑体辐射在空间上的分布符合兰贝特定律，黑体辐射在空间上的分布符合兰贝特定律，因因此，此，黑体辐射在半球空间上各个方向的定向辐射强黑体辐射在半球空间上各个方向的定向辐射强度相等，黑体表面必是漫射表面度相等，黑体表面必是漫射表面服从服从兰贝特定律的表面称为漫射表面兰贝特定律的表面称为漫射表面但是漫射表面不一定是黑体但是漫射表面不一定是黑体传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer定向辐射强度、定向辐定向辐射强度、定向辐射力与辐射力的关系射力与辐射力的关系传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer§8-3 实际固体和液体的辐射特性实际固体和液体的辐射特性传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer一、实际物体的光谱辐射力一、实际物体的光谱辐射力 和光谱发射率和光谱发射率传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer二、实际物体的辐射力二、实际物体的辐射力 和发射率和发射率传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer三、实际物体的定向辐射强度三、实际物体的定向辐射强度 和定向发射率和定向发射率几种非金属材料的定向发射率几种非金属材料的定向发射率几种金属材料的定向发射率几种金属材料的定向发射率传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer部分常见材料表面的法向发射率部分常见材料表面的法向发射率传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer§8-4 实际物体的吸收比与基尔霍夫定律实际物体的吸收比与基尔霍夫定律一、实际物体的光谱吸收比一、实际物体的光谱吸收比传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer温室大棚就是利用了玻璃对辐射能吸收的选择性温室大棚就是利用了玻璃对辐射能吸收的选择性传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer二、灰体二、灰体 光谱吸收比与波长无光谱吸收比与波长无关的理想物体称为灰体。

关的理想物体称为灰体 在在红外线红外线的辐射范围内大多数工程材料可以当的辐射范围内大多数工程材料可以当作灰体处理作灰体处理实际物体的光谱吸收比对投入辐射的波长有选择实际物体的光谱吸收比对投入辐射的波长有选择性这一情况给辐射换热的工程计算带来很多不便性这一情况给辐射换热的工程计算带来很多不便. .传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer三、基尔霍夫定律三、基尔霍夫定律 基尔霍夫定律给出基尔霍夫定律给出了实际物体辐射能力与了实际物体辐射能力与吸收能力的关系吸收能力的关系列出处于热平衡时，实际列出处于热平衡时，实际物体物体2 2的能量收支关系的能量收支关系但是，这个等式是有条件的但是，这个等式是有条件的传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer基尔霍夫定律的四种表达形式：基尔霍夫定律的四种表达形式：表表8-38-3无条件成立无条件成立漫射表面漫射表面灰体表面灰体表面漫射灰体表面或与黑体漫射灰体表面或与黑体处于热平衡处于热平衡传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer四、关于基尔霍夫定律和灰体的几点说明四、关于基尔霍夫定律和灰体的几点说明1 1、根据基尔霍夫定律，物体的辐射能力越大，其、根据基尔霍夫定律，物体的辐射能力越大，其吸收能力也越大。

换句话，吸收能力也越大换句话，善于辐射的物体必善于善于辐射的物体必善于吸收2 2、对于工程问题而言，只要在所研究的波长范围、对于工程问题而言，只要在所研究的波长范围内光谱吸收比基本上与波长无关，则灰体的假定是内光谱吸收比基本上与波长无关，则灰体的假定是成立的 3 3、当研究物体表面对太阳能的吸收时，一般不能、当研究物体表面对太阳能的吸收时，一般不能把物体当作灰体处理把物体当作灰体处理传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer例、北方深秋季节清晨，树叶叶面上常常结霜，试例、北方深秋季节清晨，树叶叶面上常常结霜，试问树叶上、下表面那一面结霜？为什么？问树叶上、下表面那一面结霜？为什么？作业：作业：传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer传热学传热学 Heat Transfer Heat Transfer结束结束。