传热学第八章热辐射基本定律和辐射特性

1、河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花 1、掌握热辐射和辐射换热的基本原理及特点；、掌握热辐射和辐射换热的基本原理及特点； 2、掌握黑体、灰体、辐射力、光谱辐射力、有、掌握黑体、灰体、辐射力、光谱辐射力、有效辐射、投入辐射、吸收比、反射比、穿透比、效辐射、投入辐射、吸收比、反射比、穿透比、白体、镜体、透热体、黑度等基本概念；白体、镜体、透热体、黑度等基本概念； 3、掌握黑体辐射的四个基本定律；、掌握黑体辐射的四个基本定律； 4、了解气体辐射、太阳辐射和环境辐射的相关、了解气体辐射、太阳辐射和环境辐射的相关概念概念.基本

2、要求基本要求第八章第八章 热辐射基本定律和辐射特性热辐射基本定律和辐射特性河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花8-1 热辐射现象的基本概念热辐射现象的基本概念8-2 黑体热辐射的基本定律黑体热辐射的基本定律8-3 固体和液体的辐射特性固体和液体的辐射特性8-4 实际物体对辐射能的吸收与辐射的关系实际物体对辐射能的吸收与辐射的关系8-5太阳与环境辐射太阳与环境辐射+ 9-4气体辐射的特点气体辐射的特点河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花由于太

3、空的超真空环境是天然由于太空的超真空环境是天然的热绝缘体，宇航员与太空的的热绝缘体，宇航员与太空的热量交换唯一通过辐射散热。热量交换唯一通过辐射散热。人体与墙壁间的传热人体与墙壁间的传热方式主要是辐射方式主要是辐射人体辐射散热辐射换热应用背景辐射换热应用背景河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花保温瓶的散热保温瓶的散热-保温瓶夹层中主要依靠辐射传热保温瓶夹层中主要依靠辐射传热河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花太阳能热水器是典型太阳能热水器是

4、典型的利用辐射换热原理的利用辐射换热原理传统工业中的辐射换热问题传统工业中的辐射换热问题河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花一、几个概念一、几个概念1、热辐射热辐射由于热的原因而产生的电磁波辐射由于热的原因而产生的电磁波辐射包含在包含在辐射辐射中中由物体内部微粒的热运动状态改变激发出的由物体内部微粒的热运动状态改变激发出的 2、热辐射产生条件热辐射产生条件 0T K3、辐射换热辐射换热物体间辐射和吸收的总和物体间辐射和吸收的总和4、热辐射电磁波的传播速度热辐射电磁波的传播速度：83 10cfm s某种电磁波的波长，某

5、种电磁波的波长， m（常用（常用 610mm） 频率，频率， 1s （8-1） 8-1 热辐射现象的基本概热辐射现象的基本概念念河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花二、热辐射在电磁波谱中的位置二、热辐射在电磁波谱中的位置1、热辐射、热辐射 0.1100m0.2 2m太阳辐射（主要是可见光太阳辐射（主要是可见光0.380.76） 0.38 100m，工业上，工业上 2000TK部分紫外线部分紫外线+全部可见

6、光全部可见光+大部分红外线大部分红外线2、工业范围内热辐射主要能量集中在、工业范围内热辐射主要能量集中在 0.76 20m的红外线区的红外线区红外线红外线: 25m，近红外，近红外 25m和，远红外，远红外河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花三、热辐射的吸收、反射、穿透三、热辐射的吸收、反射、穿透热辐射总能量热辐射总能量 QQQQ穿透穿透 反射反射 吸收吸收 1QQQQQQ1穿透比穿透比 反射比反射比 吸收比吸收比 （8-2） 是物体表面的辐射特性，与物体的性质是物体表面的辐射特性，与物体的性质(种类种类)、温度温度

7、、 表面状况表面状况、投入投入辐射的辐射的波长分布波长分布有关有关.河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花1、固体和液体固体和液体 不允许热辐射穿透不允许热辐射穿透01固体：固体：反射反射 镜面反射镜面反射:光滑的金属表面、玻璃、塑料等光滑的金属表面、玻璃、塑料等漫反射漫反射: （一般工程材料表面形成）（一般工程材料表面形成）粗糙非金属表面粗糙非金属表面 （8-3） 分子排列非常紧密，投射辐射能在进入物体很小距分子排列非常紧密，投射辐射能在进入物体很小距离内就被全部吸收离内就被全部吸收.如：金属导体：该距离约为如：金属

8、导体：该距离约为1 m；非导体：非导体：1mm.河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花 不平整尺寸不平整尺寸2、气体气体 对热辐射不能反射对热辐射不能反射 01（8-4） 河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花四、几个名词四、几个名词1、黑体、黑体物体的吸收比物体的吸收比 1 (0)2、镜体、镜体物体的物体的镜面镜面反射比反射比 13、白体、白体物体的物体的漫漫反射比反射比 1(0)4、透明体（透热体）、透明体（透热体）物体的穿透比物体的穿透比

9、 1五、黑体的试验模型五、黑体的试验模型用吸收比用吸收比 1材料，实现黑体。材料，实现黑体。 0.6%aA(0.6)0.996(0)实际物体热辐射性能的理想模型实际物体热辐射性能的理想模型白天从远处看房屋的窗户有黑洞洞的感觉白天从远处看房屋的窗户有黑洞洞的感觉黑体表面的辐射属于漫辐射；各方向分布均匀黑体表面的辐射属于漫辐射；各方向分布均匀河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花 关于物体的颜色关于物体的颜色 我们所看到的物体颜色是由于从该表面发出的单我们所看到的物体颜色是由于从该表面发出的单色光线（辐射）投入到了我们的眼

10、睛。色光线（辐射）投入到了我们的眼睛。 而从表面发出的辐射可能是自身发射的，也可能是反射投入而从表面发出的辐射可能是自身发射的，也可能是反射投入其表面上的可见光。其表面上的可见光。 如果物体全部吸收各种可见光，它就呈黑色；如果物体全部吸收各种可见光，它就呈黑色； 如果物体全部反射各种可见光，它就呈白色；如果物体全部反射各种可见光，它就呈白色； 如果物体只反射了一种波长的可见光，则它就呈现该反射的辐射如果物体只反射了一种波长的可见光，则它就呈现该反射的辐射线的颜色。线的颜色。河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花 注意：

11、注意：黑体、白体与黑色物体、白色物体不同黑体、白体与黑色物体、白色物体不同 颜色颜色是对是对可见光可见光而言的而言的 黑体、白体及透明体黑体、白体及透明体都是对都是对全波长全波长而言的，而可见而言的，而可见光只占全波长中的一小部分光只占全波长中的一小部分 故：物体对外来全波长射线的吸收能力的高低，不故：物体对外来全波长射线的吸收能力的高低，不能凭物体的颜色来判断，白颜色物体（能凭物体的颜色来判断，白颜色物体（反射的射线反射的射线在可见光部分呈白色在可见光部分呈白色）不一定是白体；黑颜色物体）不一定是白体；黑颜色物体不一定是黑体不一定是黑体 例如：雪对可见光是良好的反射体，所以肉眼看到例如：雪对

12、可见光是良好的反射体，所以肉眼看到是白色的，但对红外线几乎能全部吸收是白色的，但对红外线几乎能全部吸收= 0.985 ，= 0.8 白布和黑布对可见光吸收率不同，但对红外线的吸白布和黑布对可见光吸收率不同，但对红外线的吸收率基本相同收率基本相同 玻璃只透过可见光，对玻璃只透过可见光，对 3 m的红外线不透明的红外线不透明河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花一、辐射力一、辐射力E 定义：定义：单位时间单位时间内物体的内物体的单位表面积单位表面积向向半球空间所有半球空间所有 方向方向发射出去的发射出去的全部波长全部波长的

13、辐射能的总量的辐射能的总量.单位：单位： 2W m引入引入光谱辐射力光谱辐射力 E，单位，单位 3W m， 为波长为波长 显然有显然有 0EE d8-2 黑体热辐射的基本定律黑体热辐射的基本定律河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花二、黑体辐射的基本定律二、黑体辐射的基本定律1、普朗克定律、普朗克定律不同温度不同温度 T的物体，黑体的物体，黑体光谱光谱bE随波长随波长 的变化规律的变化规律 251()1bcTcEe其中其中 16213.742 10cW m，第一辐射常量；，第一辐射常量； 221.4388 10cm K

14、，第二辐射常量；，第二辐射常量； 波长波长， mT温度，温度， K(Planck)辐射力辐射力（8-6） 河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花 显见显见 1） T存在存在 maxmaxbE2）热辐射只在一定区域（）热辐射只在一定区域（ 0.1100m） 有意义有意义（热辐射集中在该波长附近）（热辐射集中在该波长附近）图图8-7 黑体的光谱辐射力黑体的光谱辐射力河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花2、维恩位移定律、维恩位移定律 mT332.8

15、976 102.9 10mTm Km K可见可见 mT 左移左移 2000TK1.45mm 在红外线区（工业应用）在红外线区（工业应用） 5800TK0.5mm位于可见光内（太阳辐射）位于可见光内（太阳辐射） (Wien)mmax()又：又：1）灯光要求为可见光：灯光要求为可见光：0.380.76 则则 T=38007600K (钨的熔点钨的熔点3410） 2）金属加热时：不变色）金属加热时：不变色暗红暗红鲜红鲜红橘黄橘黄白织白织m1300（8-7） 例题例题8-1p362河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花3、斯忒

16、藩、斯忒藩-玻耳兹曼定律（俗称四次方定律）玻耳兹曼定律（俗称四次方定律） 黑体辐射力黑体辐射力 bET2541()001bbcTcEE ddTe其中其中 8245.67 10()WmK黑体辐射常数黑体辐射常数 或或 40()100bTEc， 2W m（8-5） 其中其中 2405.67()cWmK黑体辐射力黑体辐射力Eb只与黑体表面温度只与黑体表面温度T有关有关温度越高，温度越高，黑体辐射力升高剧烈黑体辐射力升高剧烈已知黑体已知黑体表面面积表面面积，可求，可求黑体辐射功率黑体辐射功率bbPA E,W例题例题8-2（8-8） p363河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程

17、系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花4、兰贝特定律、兰贝特定律1)立体角立体角定义：定义：球面面积除以球半径的平方称为立体角球面面积除以球半径的平方称为立体角，单位：，单位：sr(球面度或者称为球面度或者称为空间度空间度)。图图8-9 立体角定义图立体角定义图8-12河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花 2）可见辐射面积）可见辐射面积 是指从空间某方向所看是指从空间某方向所看到的表面有效面积。如到的表面有效面积。如右图中的可见辐射面积右图中的可见辐射面积为：为： dA=dA1cosddsindd2rA

18、cddsindcArr 经度角，-纬度角dA1河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花3）定向辐射强度）定向辐射强度： 与方向无关与方向无关 b) Eb与与b的关系的关系 b221( )IcosbdEddA22b00IdsincosbdI （8-16） （服从兰贝特定律的辐射，（服从兰贝特定律的辐射， E与与 I存在倍数关系）存在倍数关系） (Lambert)单位时间内，物体在垂直发射方向的单位单位时间内，物体在垂直发射方向的单位面积上，在单位立体角内发射的一切波长面积上，在单位立体角内发射的一切波长的能量。的能量。 1

19、d( )IdcosdA（8-15b） ddsindd2rAca)定义：定义： 河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花注意：注意： 黑体表面为漫辐射表面黑体表面为漫辐射表面 漫辐射表面：辐射强度在空间各个方向上都相等漫辐射表面：辐射强度在空间各个方向上都相等 只有漫辐射表面：只有漫辐射表面：是常数是常数河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花 试从热辐射观点分析，用电炉来烘烤某一工试从热辐射观点分析，用电炉来烘烤某一工件，把工件放在电炉的正上方热得

20、快还是放件，把工件放在电炉的正上方热得快还是放在电炉的边沿热得快？为什么？在电炉的边沿热得快？为什么？ 答：虽然不论是放在上方，还是放在边沿，答：虽然不论是放在上方，还是放在边沿，工件被辐射照射面积相同，所张立体角也相工件被辐射照射面积相同，所张立体角也相同，但一个是法向，一个是成同，但一个是法向，一个是成角的偏向，而角的偏向，而=ncos，所以工件放在电炉正上方，所以工件放在电炉正上方(即法即法向向)得到的辐射热多，热得快。得到的辐射热多，热得快。河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花总结：总结： 黑体辐射的黑体辐射

21、的总辐射能力总辐射能力由由斯蒂芬斯蒂芬玻尔兹定律玻尔兹定律确定，辐射力确定，辐射力E正比于绝对温度的四次方；正比于绝对温度的四次方； 黑体辐射的能量按黑体辐射的能量按波长波长的分布服从于的分布服从于普朗克定律普朗克定律，而按而按空间方向空间方向的分布服从于的分布服从于兰贝特定律兰贝特定律； 黑体的单色辐射力有个黑体的单色辐射力有个峰值峰值，与此峰值相对应的，与此峰值相对应的波长波长m由由维恩位移定律维恩位移定律确定，即随温度确定，即随温度T ，m河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花传热学问题思考传热学问题思考河海大学

22、常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花三、黑体辐射函数黑体辐射函数1、实际中常要求实际中常要求 bE221121()00bbbbEE dE dE d2W m2、黑体辐射函数：、黑体辐射函数： (0)0()bbbFE dEfT则 21122100()(0)(0)bbbbbbbbbE dE dEFFFEEE21()()fTfT比值关系比值关系1212()()bbbEFE于是于是（8-11） 河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花河海大学常州校区热能与动力工

23、程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花表表8-1a) 1， 2， T则则 1212()()bbbEFE b) 310T则则 (0)0.05%bF510T则则(0)99.99%100%bF若若 1000TK，则，则 510100Tm(0)100%bF为为热射线热射线范围范围 0.1100m12()bF河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花一、实际固体和液体的辐射一、实际固体和液体的辐射1、定义、定义 发射率发射率（黑度）（黑度） bEE 实际物体的辐射力实际物体的辐射力 ，

24、W/m2黑体的辐射力，黑体的辐射力，W/m2 光谱发射率光谱发射率（单色黑度）（单色黑度） 1.0bEE则则 440011bbEE dE dETT440()100bTEETC2W m8-3 固体和液体的辐射特性固体和液体的辐射特性（8-19） （8-18） （8-17） 河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花 2、定义、定义定向发射率定向发射率（定向黑度）（定向黑度）I( )I( )( )( )I ( )Ibbf I( )( )Ib 实际物体的定向辐射强度不服从兰贝特定律实际物体的定向辐射强度不服从兰贝特定律 3、发射

25、率、发射率大小大小 半球半球平均发射率平均发射率（平均黑度）（平均黑度） 20( )2dC 1.3n，高度磨光的金属表面，高度磨光的金属表面 n， 其它一般材料其它一般材料 法向发射率法向发射率n 求碳化硅辐射力求碳化硅辐射力 分析钨丝发光效率分析钨丝发光效率（8-21） 表表8-2例题例题8-5 例题例题8-6河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花4、影响物体发射率的因素、影响物体发射率的因素物质的种类物质的种类 由大至小排列：由大至小排列： 表面温度表面温度 T有温度范围下的有温度范围下的 （例：严重氧化的铝（例：

26、严重氧化的铝 50500， 0.20.3） 表面状况表面状况非金属材料：与表面状况关系不大非金属材料：与表面状况关系不大 金属材料金属材料非金属材料非金属材料(0.850.95)灯黑灯黑(0.950.97)水水(0.96)金属金属 材料材料(0.60.8)磨光的表面磨光的表面(0.020.38)粗糙、氧化的表面粗糙、氧化的表面(0.60.8)一般地一般地表表8-2注意：黑度只与发射体有关，与投入辐射无关注意：黑度只与发射体有关，与投入辐射无关 河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花一、实际物体的吸收比一、实际物体的吸收

27、比1、光谱吸收比、光谱吸收比 ( ) 某特定某特定 的投入辐射被吸收的百分数的投入辐射被吸收的百分数( ) ( , )fT （与温度及波长分布有关）（与温度及波长分布有关） 结论结论：物体对不同波长物体对不同波长 的的投入辐射投入辐射的吸收是有的吸收是有选择性选择性的的 投入辐射：投入辐射：单位时间内从外界辐射到物体单位表面积上单位时间内从外界辐射到物体单位表面积上的能量的能量: w/m28-4 实际物体对辐射能的吸收与辐射的关系实际物体对辐射能的吸收与辐射的关系河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花8-17 铜与铝的

28、光谱吸收比与波长的关系铜与铝的光谱吸收比与波长的关系河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花结论：结论：物体对不同波长物体对不同波长 的辐射吸收是有选择的的辐射吸收是有选择的返回8-18河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花2、吸收比、吸收比 物体对全部波长（物体对全部波长（ 0）的）的投入辐射所吸收的百分数投入辐射所吸收的百分数 若

29、投入辐射来自若投入辐射来自黑体黑体（ 2T）（吸收物体温度）（吸收物体温度 ），则），则 121200422012( ,)()( ,)()()( ,1)bbbT ET dT ET dTET df T T ，表面 性质结论：结论：吸收比吸收比不仅与不仅与自身表面特性有关自身表面特性有关 还与还与投入辐射投入辐射的的波长分布波长分布有关有关1T若投入辐射来自若投入辐射来自实际物体实际物体（ ），则），则2T122022012( ,) ( ,)()( ,)()( ,12)bbTT ET dT ET df T T 表面 性质，表面 性质（8-23b） （8-23a） 河海大学常州校区热能与动力工程系河

30、海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花 3、影响物体吸收比、影响物体吸收比 的因素的因素1）自身表面性质和温度）自身表面性质和温度 1T， ( ) 2）投入辐射的波长分布规律）投入辐射的波长分布规律 2,T E本质原因：本质原因：物体对不同波长物体对不同波长 的光谱吸收比的光谱吸收比 ( ) 不同不同 4、灰体、灰体光谱吸收比光谱吸收比 ( ) 与波长无关的物体与波长无关的物体 ( ) 常数常数 灰体吸收比灰体吸收比 与外界条件无关与外界条件无关 灰体同黑体一样，是一种灰体同黑体一样，是一种理想物体理想物体 实际物体实际物体常可看作灰体的条件：常可看作

31、灰体的条件：0.7610m而而 ( ) 在此区内近似不变的物体在此区内近似不变的物体2)对投入的热辐射波长范围具有等对投入的热辐射波长范围具有等 ( ) 的物体的物体1)热辐射能量集中在热辐射能量集中在 红外线内，红外线内，（8-24） 河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花几种假想物体几种假想物体假想物假想物体体定义定义较接近的实较接近的实物物黑体黑体能全部吸收辐射能的物能全部吸收辐射能的物体体100表面粗糙红砖表面粗糙红砖白白/镜体镜体能全部反射辐射能的物能全部反射辐射能的物体体010表面磨光的铜表面磨光的铜透热体

32、透热体能透过全部辐射能的物能透过全部辐射能的物体体001单原子单原子/对称双对称双原子气体原子气体灰体灰体能以相同的吸收率且部能以相同的吸收率且部分地吸收分地吸收0所有波长所有波长范围的辐射能的物体范围的辐射能的物体 1- 0一般固、液体一般固、液体例：可看作透热体的是：例：可看作透热体的是：O2，N2，He，干空气，干空气注：注：、的影响因素：性质、温度、表面状况、波长的影响因素：性质、温度、表面状况、波长（气体）。（气体）。河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花 n 种类、表面状况、种类、表面状况、T1，自身因素自

33、身因素 种类、表面状况、种类、表面状况、T1，自身因素自身因素，T2二、基尔霍夫定律二、基尔霍夫定律 （辐射（辐射与吸收与吸收间的关系）间的关系）？ 物体表面的吸收率物体表面的吸收率与吸收表面和投射表面与吸收表面和投射表面的性质、温度都有关；它比发射率（黑度）更复的性质、温度都有关；它比发射率（黑度）更复杂杂河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花如图如图 两相距很近的平板两相距很近的平板 已知：已知：1面为黑体，面为黑体， bE， ( 1)b， 1T2面为实际物体，面为实际物体， E， ， 2T则则辐射换热辐射换热 （

34、发射为正）（发射为正） 若若 12TT，则，则 0q （热平衡）（热平衡） 于是于是 bbEEEE推广推广 1212bEEEE这就是这就是基尔霍夫定律基尔霍夫定律 则则 bEE（8-25b） （8-25a） 河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花基尔霍夫定律的叙述：基尔霍夫定律的叙述： 热平衡条件热平衡条件下，任何物体的辐射力下，任何物体的辐射力 和它对来自和它对来自黑体辐射黑体辐射的的 吸收比吸收比 的比值，恒等于同温度下黑体的辐射力的比值，恒等于同温度下黑体的辐射力 。 讨论：讨论：1）同温度下同温度下，物体辐射能

35、力大，则吸收能力亦大，物体辐射能力大，则吸收能力亦大 （ 大，则大，则 大，善于辐射必善于吸收）大，善于辐射必善于吸收） 2）实际物体）实际物体 1.0，则，则 bEE（黑体辐射力最大）（黑体辐射力最大） 基氏定律另一形式：基氏定律另一形式：( )( ) EbE1212bEEEE河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花三、灰体的性质三、灰体的性质1、比较、比较 及及 ( ) 常数常数 ( ) 常数常数 bEE（灰体辐射力与黑体相似灰体辐射力与黑体相似） 成比例成比例 2、 （灰体灰体 与外界无关，辐射可来自任意温度与外界

36、无关，辐射可来自任意温度的物体，不要求是黑体）的物体，不要求是黑体） 基氏定律：基氏定律： 12TT，而灰体与，而灰体与 2T无关无关 例题例题8-7 p378自学：自学：河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花红外区段红外区段可见光区段可见光区段河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花 将木板和铝板同时放在太阳光下，将木板和铝板同时放在太阳光下，哪个温度高？哪个温度高？ 为什么？为什么？河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工

37、程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花P P3873878-4 8-4 设炉膛火焰为黑体设炉膛火焰为黑体 8-11 8-11 河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花 9-49-4气体辐射的基本概念气体辐射的基本概念一、具有辐射能力的气体一、具有辐射能力的气体 1、具有辐射能力的气体、具有辐射能力的气体1）三原子、多原子和结构）三原子、多原子和结构不对称不对称的双原子气体的双原子气体 2CO，

38、 2H O（汽），（汽）， 2SO， 4CH 2）含具有辐射能力气体的混合气体）含具有辐射能力气体的混合气体 例：燃油、煤、天然气等燃烧产物含有例：燃油、煤、天然气等燃烧产物含有 2CO、 2H O 2、不具有辐射能力的气体、不具有辐射能力的气体分子结构分子结构对称对称的双原子气体：的双原子气体：22()Air NO、 2H、 2O， 2N等，认为是等，认为是透热体透热体 ， CO3O河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花二、气体辐射区别于固、液体辐射的特点二、气体辐射区别于固、液体辐射的特点1、对波长具有强烈的选择性

39、、对波长具有强烈的选择性气体不是灰体气体不是灰体 （在一定情况下固、液体（在一定情况下固、液体 近似不变，认为是灰体）近似不变，认为是灰体） 光带光带气体有辐射能力的波长区段气体有辐射能力的波长区段 在光带之外，气体既在光带之外，气体既不辐射也不吸收，对不辐射也不吸收，对热辐射呈现透明体的热辐射呈现透明体的性质。性质。光带mCO2H2O第一光带第二光带第三光带2.652.804.154.4513.017.02.552.845.607.6012.030河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花2、气体的辐射和吸收在整个容积中

40、进行，又称、气体的辐射和吸收在整个容积中进行，又称容积辐射容积辐射 （固、液体在表面极薄的范围内完成）（固、液体在表面极薄的范围内完成） 光谱辐射强度光谱辐射强度,0k sse （9-21） ,s行程行程s时的光谱辐射强度，时的光谱辐射强度， ,0起始光谱辐射强度，起始光谱辐射强度， k光谱减弱系数光谱减弱系数 ，m-1s射线程长，射线程长，m 贝尔贝尔(Beer)定律定律 光谱穿透比光谱穿透比,0( , )sk sse （9-22） 1）、穿过气体层的光谱辐射）、穿过气体层的光谱辐射（特定波长、特定方向）（特定波长、特定方向）2W m2W m图图9-28河海大学常州校区热能与动力工程系河海大

41、学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花 对于光谱辐射，应有基氏定律对于光谱辐射，应有基氏定律 对于气体：对于气体：( )0 ( , )( , )ss ( , )1( , )1k ssse 则，气体层的则，气体层的光谱吸收比：光谱吸收比：,1k sse 于是，气体层的于是，气体层的光谱发射率：光谱发射率：（9-23）（9-24） 河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花2、）气体层的辐射、）气体层的辐射（全部波长）（全部波长）气体发射率：气体发射率：0,( , )ggb gEsE 0(

42、 , )gs gg,ggb gEE气体吸收比：气体吸收比：注意：注意：为什么？为什么？河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花三、与气体辐射力三、与气体辐射力 有关的因素有关的因素 gE（区别于黑体辐射力（区别于黑体辐射力 bE） 1、气体的温度、气体的温度 gT 2、辐射行进过程中碰到的气体分子数目、辐射行进过程中碰到的气体分子数目 , p s平均射线程长平均射线程长 气体压力气体压力 则则 ,ggb gEE， 2W m4,0()100gb gTEc(,)ggf Tps（9-26） 河海大学常州校区热能与动力工程系河海

43、大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花图图9-29 9-29 气体对不气体对不同地区的辐射同地区的辐射图图9-309-30半球内气体对球心的辐射半球内气体对球心的辐射河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花表表9-3 气体辐射的平均射线行程气体辐射的平均射线行程河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花8-5太阳辐射和环境辐射太阳辐射和环境辐射河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热

44、学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花Sc=1367 W/m2河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花S Sm mS Sm m S Sm msinhsinhDCABABCDS Sm mS Sm m 水平面上得到的太阳辐水平面上得到的太阳辐射能随着射能随着h的增加而增加。的增加而增加。河海大学常州校区热能与动力工程系河海大学常州校区热能与动力工程系传热学传热学2022年6月8日19时38分 杨祥花影响太阳辐射强度最主要的因素是太阳高度角太阳高度角愈大，等太阳高度角愈大，等量的太阳辐射散布的量的太阳辐射散布的面积愈小，地表单位