热辐射基本定律

1、第八章热辐射基本定律和辐射特性主要内容热辐射的基本概念黑体辐射基本定律 1、普朗克定律 2、维恩位移定律 3、斯忒藩玻尔兹曼定律（四次方定律） 4、兰贝特定律（朗伯定律）固体和液体的辐射特性实际物体对辐射能的吸收与辐射的关系 -基尔霍夫定律太阳与环境辐射热辐射基本定律热辐射基本定律8.1 热辐射现象的基本概念2.热辐射的特点热辐射的特点a. 热辐射可在真空中传播热辐射可在真空中传播, 不需要任何中间介质不需要任何中间介质 ( 在真空中传递的效率最高在真空中传递的效率最高)；且辐射能的传播具；且辐射能的传播具有直线性有直线性b.在发生能量转移的同时还伴有能量形式的转换在发生能量转移的同时还伴有能

2、量形式的转换辐辐 射射: 以电磁波形式传递能量的过程以电磁波形式传递能量的过程热辐射热辐射: 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辐射传热辐射传热: 物体间相互辐射和吸收的总效果物体间相互辐射和吸收的总效果1. 辐射、热辐射与辐射传热辐射、热辐射与辐射传热8.1.1 热辐射的定义及特点热辐射的定义及特点 8.1.2 热辐射的电磁波特性热辐射的电磁波特性1.传播速率、波长、频率间的关系传播速率、波长、频率间的关系msfsmcfc,/,1波长频率电磁波的传播速率可见光可见光: 0.380.76 ; 热射线热射线: 0.1100mm 2.电磁波波谱电磁波波谱m/波长波长 3.

3、物体表面对电磁波的作用物体表面对电磁波的作用特例：固、液：+=1；=0 气体： +=1；=0(1)吸收、反射、穿透及相互关系吸收、反射、穿透及相互关系 Q+Q+Q=Q +=1-穿透率穿透率-反射率反射率-吸收率吸收率 (2)固体表面的反射类型固体表面的反射类型镜反射镜反射: 从某一方向入射的辐射按从某一方向入射的辐射按反射角等于入射反射角等于入射 角角的规律反射的规律反射 (表表 面的不平整尺寸小于投面的不平整尺寸小于投 入辐射的波长入辐射的波长)漫反射漫反射: 从某一方向入射的辐射向空间各个向方向从某一方向入射的辐射向空间各个向方向 反射出去反射出去 ( 发生于表面的不平整尺寸大于发生于表面

4、的不平整尺寸大于 投入辐射的波长的场合投入辐射的波长的场合) 镜反射镜反射漫反射漫反射 黑体：能吸收所有投射到其表面上的辐射 能的物体(即=1的物体)镜体：反射比等于1的物体 (当反射为漫反射时称为白体)透明体：穿透比等于1的物体 1.几个理想物体几个理想物体8.1.3 黑体模型黑体模型 2. 黑体模型黑体模型996. 06 . 0%6 . 0当量腔孔时当，AAdEEbb0:,则有对于黑体0dEE(3) E与与E 的关系：的关系：辐射力的概念辐射力的概念8.2 黑体辐射的基本定律黑体辐射的基本定律(1) (全色全色)辐射力辐射力E 单位时间内物体的单位表面积向半球空间的所单位时间内物体的单位表

5、面积向半球空间的所 有方向辐射出去的全部波长范围内的能量有方向辐射出去的全部波长范围内的能量, W/m2。 表征物体表面向外界发射辐射能本领的大小。表征物体表面向外界发射辐射能本领的大小。(2) 单色辐射力单色辐射力E （光谱辐射力）（光谱辐射力） 单位时间内物体的单位表面积向半球空间的所单位时间内物体的单位表面积向半球空间的所 有方向辐射出去的在包含有方向辐射出去的在包含在内的单位波长内的在内的单位波长内的能能 量，量，W/m3。8.2.1 斯忒藩斯忒藩玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律（四次方定律）（四次方定律） 反映黑体的反映黑体的(全色全色)辐射力与温度的关系辐射力与温度的关系404)100(T

6、CETEbb或其中：其中： 黑体辐射常数黑体辐射常数(5.6710-8W/m2.K4) C0黑体辐射系数黑体辐射系数(5.67W/m2.K4)8.2.2 普朗克定律普朗克定律1),()/(512TCbecTfE式中式中:KmcmWcKTmmWEb2221613104388. 1 ,107419. 3 ,/,第二辐射常量第一辐射常量黑体的热力学温度波长黑体光谱辐射力1.普朗克定律普朗克定律反映在一定温度下，黑体的光谱反映在一定温度下，黑体的光谱(单单 色色)辐射力随波长的分布规律：辐射力随波长的分布规律：1),()/(512TCbecTfE规律：规律：(1)T一定时，一定时，Eb 与波长有关与波

7、长有关(为一连续曲线为一连续曲线)，在，在 =0 之间单色辐射力存在一峰值之间单色辐射力存在一峰值(Eb )max； (2)对应不同的温度，有不同的能量分布曲线：随对应不同的温度，有不同的能量分布曲线：随T 的升高，出现峰值的位置向短波方向移动，同的升高，出现峰值的位置向短波方向移动，同 时时 (Eb )max值增大。值增大。2、维恩位移定律维恩位移定律（反映出现最大单色辐射力的波（反映出现最大单色辐射力的波 长长m与绝对温度与绝对温度T之间的关系）：之间的关系）：P362例例81：维恩位移定律的应用：维恩位移定律的应用结果：一般工业高温范围结果：一般工业高温范围(2000K), m =1.4

8、5 m(红外区段红外区段) 太阳表面温度太阳表面温度(5800K), m=0.50 m (可见光可见光)定律的定律的应用应用：分析金属在不同温度下的颜色变化。：分析金属在不同温度下的颜色变化。 m T=2.897610-3m.K 2.910-3m.K3、普朗克定律普朗克定律与与斯忒藩斯忒藩玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律的关系的关系decdEETCbb0)/(510124、黑体辐射能按波段的分布、黑体辐射能按波段的分布 (即黑体的波段辐射力即黑体的波段辐射力Eb的确定的确定)a. 黑体辐射函数黑体辐射函数Fb(0)的概念的概念定义：定义：)(1)0(04TfdETFbbb.黑体的波段辐射力黑体的波段辐

9、射力Eb由辐射函数的定义可得由辐射函数的定义可得:)0()0()()(1244212121bbbbbFFTdETEFbbbbbbEFFEFE)0()0()()(122121所以：所以：平面角：平面角：8.2.3 兰贝特定律兰贝特定律 -(反映黑体辐射能按空间方向的分布规律反映黑体辐射能按空间方向的分布规律)1.立体角立体角立体角：立体角：ddrdAdsrrAccsin);)(22球面度纬度角径度角 2.定向辐射强度定向辐射强度 I 定义定义：单位时间内、单位可见辐射面积、单位：单位时间内、单位可见辐射面积、单位 立体角的辐射能量称为定向辐射强度立体角的辐射能量称为定向辐射强度即：即：)/(co

10、s)()(2srmWddAdI3. 兰贝特定兰贝特定律律(余弦定律余弦定律)： -黑体辐射的定向辐射强度等于常量黑体辐射的定向辐射强度等于常量,与方向无关与方向无关故由式故由式(8-15b)又有：又有：)cos()(IdAdd 即：即：Ip=Im=In=I表明表明:黑体单位面积辐射出去的能量在空间不同方黑体单位面积辐射出去的能量在空间不同方 向的分布按纬度角向的分布按纬度角的余弦规律变化的余弦规律变化. .4. 兰贝特定律兰贝特定律与与斯忒藩斯忒藩玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律间的关系间的关系 即定向辐射强度即定向辐射强度I与辐射力与辐射力E之间的关系之间的关系对于服从兰贝特定律的辐射，有：对于服从

11、兰贝特定律的辐射，有：bbbbbIddIddIdIdAdE2/02022sincossincoscos)(即即:bbIE0dEE(3) E与与E 的关系：的关系： 1. 辐射力的概念辐射力的概念8.2 黑体辐射基本定律黑体辐射基本定律(1) (全色全色)辐射力辐射力E(2) 单色辐射力单色辐射力E （光谱辐射力）（光谱辐射力）2. 斯忒藩斯忒藩玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律（四次方定律）（四次方定律） 反映黑体的反映黑体的(全色全色)辐射力与温度的关系辐射力与温度的关系404)100(TCETEbb或3.普朗克定律普朗克定律反映在一定温度下，黑体的光谱反映在一定温度下，黑体的光谱(单单 色色)辐射力

12、随波长的分布规律辐射力随波长的分布规律1),()/(512TCbecTfE规律：规律：(1)T一定时，一定时，Eb 与波长有关与波长有关(为一连续曲线为一连续曲线)，在，在 =0 之间单色辐射力存在一峰值之间单色辐射力存在一峰值(Eb )max； (2)对应不同的温度，有不同的能量分布曲线：随对应不同的温度，有不同的能量分布曲线：随T 的升高，出现峰值的位置向短波方向移动，同的升高，出现峰值的位置向短波方向移动，同 时时 (Eb )max值增大。值增大。4、维恩位移定律维恩位移定律（反映出现最大单色辐射力的波（反映出现最大单色辐射力的波 长长m与绝对温度与绝对温度T之间的关系）：之间的关系）：

13、 m T=2.897610-3m.K 2.910-3m.K5、普朗克定律普朗克定律与与斯忒藩斯忒藩玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律的关系的关系decdEETCbb0)/(51012bbbbbbEFFEFE)0()0()()(1221216. 黑体的波段辐射力黑体的波段辐射力Eb7. 兰贝特定律兰贝特定律(反映黑体辐射能按空间方向的分布规律反映黑体辐射能按空间方向的分布规律)(1)立体角与立体角与定向辐射强度定向辐射强度的概念的概念(2) 兰贝特定兰贝特定律律(余弦定律余弦定律) -黑体辐射的定向辐射强度等于常量黑体辐射的定向辐射强度等于常量,与方向无关与方向无关 即：即：Ip=Im=In=I)cos(

14、)(:IdAdd或表明表明:黑体单位面积辐射出去的能量在空间不同方向黑体单位面积辐射出去的能量在空间不同方向 的分布按纬度角的分布按纬度角的余弦规律变化的余弦规律变化. .(3) 兰贝特定律兰贝特定律与与斯忒藩斯忒藩玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律间的关系间的关系:对于服从兰贝特定律的辐射，有：对于服从兰贝特定律的辐射，有：bbIE8.3 实际固体和液体的辐射特性实际固体和液体的辐射特性特征：在相同温度下，实际物体的辐射力总是小特征：在相同温度下，实际物体的辐射力总是小 于黑体的辐射力于黑体的辐射力两者的差别用两者的差别用发射率发射率(黑度黑度)表示表示 反映物体发射辐射能的能力大小，对于一反映物体发

15、射辐射能的能力大小，对于一定的物体表面，其数值与温定的物体表面，其数值与温 度有关（具体关系由度有关（具体关系由实验测定）实验测定）8.3.1 实际物体的辐射力实际物体的辐射力E(全色辐射力全色辐射力) 与发射率与发射率定义定义: 实际物体的辐射力与同实际物体的辐射力与同温度下温度下黑体的辐射力之为黑体的辐射力之为 实际物体的发射率实际物体的发射率(黑度黑度), 用用表示表示：bEE 则实际物体的辐射力为则实际物体的辐射力为: )188()100(404TCTEEb 黑度黑度与单色黑度与单色黑度 间的关系：间的关系：)208()(104dETEEbb8.3.2 实际物体的光谱辐射力实际物体的光

16、谱辐射力E与光谱发射率与光谱发射率()定义定义: 实际物体的光谱辐射力与实际物体的光谱辐射力与同温度同温度下黑体在同一下黑体在同一 波长下的光谱辐射力之比称为实际物体的光谱波长下的光谱辐射力之比称为实际物体的光谱 发射率发射率(光谱黑度光谱黑度), 用用()表示表示：bEE)( 一般一般, 实际物体的黑度实际物体的黑度除与表面性质有关外除与表面性质有关外, ,还与温度存在依变关系还与温度存在依变关系. .8.3.3 实际物体的定向辐射强度实际物体的定向辐射强度I()与定向发射率与定向发射率)218()()()()(bbIIII定义定义: 实际物体在某一方向的定向辐射强度与实际物体在某一方向的定

17、向辐射强度与同温同温 度度下黑体的定向辐射强度之比称为实际物体下黑体的定向辐射强度之比称为实际物体 的定向发射率的定向发射率(定向黑度定向黑度), 用用 表示：表示：)(式中式中: 辐射方向与辐射面法线方向之间的夹角辐射方向与辐射面法线方向之间的夹角; 方向上的定向辐射强度方向上的定向辐射强度 同温度下黑体的定向辐射强度同温度下黑体的定向辐射强度bII)()(1. 定向发射率定向发射率 随随角的变化规律角的变化规律)(2. 定向发射率与半球平均发射率间的关系定向发射率与半球平均发射率间的关系22)()(dIdIEEbbb简化式简化式(工程计算中黑度工程计算中黑度的的实用处理方法实用处理方法)：

18、nM式中式中: 为法向发射率为法向发射率(见见P369表表8-2)n(1) 金属表面金属表面(表面高度磨光时取上限表面高度磨光时取上限) M=1.21.3, 即即=(1.21.3) n(2) 非导体非导体, M=0.951.0(3) 实用中，对于工程材料实用中，对于工程材料(高度磨光表面除外高度磨光表面除外)，一，一 般可取般可取M1.0，即，即n (实际情况实际情况: 有光滑表面的物体，有光滑表面的物体， =0.95n 粗糙的物体，粗糙的物体， =0.98n) 即即: 大部分工程材料的定向发射率可近似取为定大部分工程材料的定向发射率可近似取为定 值值, 故可作漫射体处理故可作漫射体处理(4)

19、 非金属材料，当缺乏资料时，可近似取非金属材料，当缺乏资料时，可近似取=0.9P370 例例8-5、8-6* 本节中，还有几点需要注意本节中，还有几点需要注意1.1.将不确定因素归于修正系数，这是由于热辐射非常将不确定因素归于修正系数，这是由于热辐射非常 复杂很难理论确定，实际上是一种权宜之计；复杂很难理论确定，实际上是一种权宜之计；2.2.服从服从LambertLambert定律的表面称为漫射表面。虽然实际物定律的表面称为漫射表面。虽然实际物 体的定向发射率并不完全符合体的定向发射率并不完全符合LambertLambert定律，但仍然定律，但仍然 近似地认为大多数工程材料服从近似地认为大多数

20、工程材料服从LambertLambert定律，这有定律，这有 许多原因；许多原因；3.3.影响物体表面发射率的因素影响物体表面发射率的因素: 物质种类、表面温度和物质种类、表面温度和 表面状况。表面状况。 这说明发射率只与发射辐射的物体本身这说明发射率只与发射辐射的物体本身 有关，而不涉及外界条件。有关，而不涉及外界条件。2、光谱吸收比光谱吸收比(单色吸收比单色吸收比) () 物体对某一特定波长的辐射能所吸收的百分比物体对某一特定波长的辐射能所吸收的百分比8.4.1 实际物体的吸收比实际物体的吸收比 表示物体表面对辐射能的吸收特性表示物体表面对辐射能的吸收特性8.4 实际物体对辐射能的吸收与辐

21、射的关系实际物体对辐射能的吸收与辐射的关系 一般，一般，()与波长与波长有关有关(物体对辐射能吸收物体对辐射能吸收 的选择性的选择性）见见P372图图8-17、图、图8-181、投入辐射、投入辐射G 单位时间内从外界投射到物体单位表面积上的单位时间内从外界投射到物体单位表面积上的 各种波长能量的总和，称为对该表面的投入辐各种波长能量的总和，称为对该表面的投入辐 射射. 单位单位 W/m2.温室效应：利用了玻璃对辐射能吸收的选择性温室效应：利用了玻璃对辐射能吸收的选择性 （对（对3m的辐射能穿透比很大，的辐射能穿透比很大， 对对3m的辐射能穿透比很小）的辐射能穿透比很小）物体的颜色变化：取决于物

22、体表面对可见光的选择物体的颜色变化：取决于物体表面对可见光的选择 性吸收特性性吸收特性选择性吸收和穿透选择性吸收和穿透实例实例：温室效应、物体的颜色等：温室效应、物体的颜色等3、吸收比吸收比 物体对投入辐射所吸收的百分比物体对投入辐射所吸收的百分比. (表征物体表面对外来能量的反应表征物体表面对外来能量的反应) 的数值取决于：的数值取决于： (1) 吸收辐射物体本身的状况吸收辐射物体本身的状况(表面表面1的性质和温度的性质和温度); (2) 投入辐射的特性投入辐射的特性(能量按波长的分布能量按波长的分布) (即表面即表面2的性的性 质和温度质和温度)。;:GG按定义0220221020211)

23、(),()(),(),(),(),(),(dTETdTETTdTGdTGTbb即：即：)1,()(),()()(),(212021020214的性质表面TTfTdTETdTEdTETbbb对于来自黑体的辐射对于来自黑体的辐射 ，有：，有： 对于给定的物体，对黑体辐射的吸收比则只对于给定的物体，对黑体辐射的吸收比则只 是温度是温度T1、T2的函数（见的函数（见P375图图8-19）),(),(2TETGb规律：规律：(1) T1一定时，一定时，非导电非导电 体体对黑体辐射的吸对黑体辐射的吸 收比收比 随温度随温度T2 的增加而减小的增加而减小 (2) T1一定时，一定时，导电体导电体 对黑体辐射

24、的吸收对黑体辐射的吸收 比比 随温度随温度 T2的的 增加而增大增加而增大 物体颜色对吸收比物体颜色对吸收比的影响情况：的影响情况： 对可见光呈强烈的选择性；对可见光呈强烈的选择性； 对红外辐射几乎无选择性。对红外辐射几乎无选择性。 8.4.2 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即对于灰体有：即对于灰体有： ()=常数，故有：常数，故有：常数),(),(),(),(102021TdTGdTGT 与黑体类似，灰体也是一种理想物体。与黑体类似，灰体也是一种理想物体。实用实用中，大多数工程材料均可作灰体处理中，大多数工程材料均可作灰体处理（工业上的（工业上的热辐射范围

25、绝大部分在红外区段的热辐射范围绝大部分在红外区段的0.7610 m之之间间, 此时此时 一般不随波长作显著变化）一般不随波长作显著变化） 物体的选择性吸收特性，在实际生产中利用的例物体的选择性吸收特性，在实际生产中利用的例 子很多，但也给工程中辐射换热的计算带来巨大麻烦。子很多，但也给工程中辐射换热的计算带来巨大麻烦。 对此，一般有对此，一般有两种两种处理方法，即处理方法，即 (1)(1)灰体法灰体法： 即将光谱吸收比即将光谱吸收比 ( ( ) )等效为常数，等效为常数， = = ( ( )=const)=const， 将物体作为灰体处理。误差在允许范围内；将物体作为灰体处理。误差在允许范围内

26、； (2)(2)谱带模型法谱带模型法: : 即将所关心的连续分布的谱带区域划分为若干小区即将所关心的连续分布的谱带区域划分为若干小区 域，每个小区域被称为一个谱带，在每个谱带内应用灰域，每个小区域被称为一个谱带，在每个谱带内应用灰 体假设。体假设。 8.4.3 吸收比与发射率之间的关系吸收比与发射率之间的关系 基尔霍夫基尔霍夫(Kirchhoff)定律定律1、实际物体吸收比与发射率之间的关系、实际物体吸收比与发射率之间的关系式式(8-25a)成立的条件：成立的条件：热平衡热平衡)258(2211aEEEEb (1)基尔霍夫定律的表述基尔霍夫定律的表述 在在热平衡条件热平衡条件下，任何物体的辐射

27、力与对黑下，任何物体的辐射力与对黑 体辐射的吸收比之比恒等于同温度下黑体的辐射体辐射的吸收比之比恒等于同温度下黑体的辐射 力。即：力。即：bEE基尔霍夫定律的另一表述：基尔霍夫定律的另一表述： 在热平衡条件下，任意物体对黑体辐射的吸收在热平衡条件下，任意物体对黑体辐射的吸收比恒等于同温度下该物体的发射率。即比恒等于同温度下该物体的发射率。即结论结论同温度下同温度下，物体的辐射力越大，吸收比也就越大，物体的辐射力越大，吸收比也就越大同温度下同温度下，所有物体中黑体的辐射力最大，所有物体中黑体的辐射力最大 (2)定律的证明（见定律的证明（见P377）2. 特例特例漫射灰体吸收比与发射率之间的关系漫

28、射灰体吸收比与发射率之间的关系(1)由灰体的定义由灰体的定义=()=常数，有常数，有=()=常数常数(2)对于灰体，不论对于来自何处的辐射，也不论是对于灰体，不论对于来自何处的辐射，也不论是 否处于热平衡，恒有否处于热平衡，恒有=结论结论: 在灰体层面上在灰体层面上, 善于辐射的物体必善于吸收善于辐射的物体必善于吸收 关于基尔霍夫定律及灰体假设的几点说明1 1、基尔霍夫定律在不同层次上有不同的表达式、基尔霍夫定律在不同层次上有不同的表达式 （详见（详见P377P377表表8-38-3）2 2、在常见的温度范围内，大多数工程材料均可作、在常见的温度范围内，大多数工程材料均可作 灰体处理（漫灰表面

29、）灰体处理（漫灰表面）3 3、由定律可得出结论：物体的辐射能力越大，其、由定律可得出结论：物体的辐射能力越大，其 吸收能力也越大（善于辐射必善于吸收）吸收能力也越大（善于辐射必善于吸收） 条件：灰体条件：灰体4 4、上述处理方法不适用于对太阳辐射的吸收、上述处理方法不适用于对太阳辐射的吸收 （大多数物体对可见光有（大多数物体对可见光有强烈的选择性）强烈的选择性）层 次数学表达式成立条件光谱，定向光谱，半球全波段，半球无条件，为纬度角漫射表面与黑体处于热平衡或对漫灰表面),(),(TT),(),(TT)()(TT表表8-3 Kirchhoff 8-3 Kirchhoff 定律的不同表达式定律的不

30、同表达式8.4.4 温室效应温室效应温室温室: 位于太阳照耀下的封闭的空间位于太阳照耀下的封闭的空间 (小轿车、暖房等小轿车、暖房等)原理原理: 利用玻璃对太阳辐射的强烈的选择性利用玻璃对太阳辐射的强烈的选择性 见见P378图图8-21 （对（对3m的热辐射有很高的穿透比，的热辐射有很高的穿透比， 对对3m的热辐射的穿透比则很小）的热辐射的穿透比则很小）吸收性气体吸收性气体温室气体温室气体(二氧化碳、多种二氧化碳、多种CFC制冷剂制冷剂如冰箱制冷剂如冰箱制冷剂R12)P378 例例8-7:已知：煤层温度已知：煤层温度2000K，可作黑体；炉墙为温射表面，可作黑体；炉墙为温射表面， 内表面温度内

31、表面温度500K，光谱发射率如图。，光谱发射率如图。求：炉墙内表面的发射率求：炉墙内表面的发射率与对煤层辐射的吸收比与对煤层辐射的吸收比解：解：(1)先求发射率先求发射率。由发射率的定义可得：由发射率的定义可得：bbbbEdEEdEEET001)()()()0(23212113201012111212bbbbbbbbbbbbbFFFEdEEdEEdEEdEdEdE 其中：其中： 1、2、3已已 知，知，Fb(01)、Fb(12)及及Fb(2)可根据可根据T1值从黑体辐值从黑体辐射函数表查得。代入数据后可得：射函数表查得。代入数据后可得：(T1)=0.61(2)再求对煤层辐射的吸收比再求对煤层辐

32、射的吸收比由对黑体辐射的吸收比的定义式由对黑体辐射的吸收比的定义式(7-23b)可得：可得：)()(),(),(2020212211TEdEdEdETEdTETbbbbbb)()()(23222012211TEdETEdETEdEbbbbbb)()()0(2212113bbbFFF 其中：其中： 1、2、3已已 知，知，Fb(01)、Fb(12)及及Fb(2)可根据可根据T2值从黑体辐值从黑体辐射函数表查得。代入数据后可得：射函数表查得。代入数据后可得：(T1、T2)=0.395 (T1)1、太阳辐射的光谱分布特点：、太阳辐射的光谱分布特点： 近似于近似于5762K（5800K）的黑体辐射）的

33、黑体辐射 最大能量对应波长：最大能量对应波长： max=0.50m, 99%能量集中区域：能量集中区域： =0.2m3m8.5 太阳与环境辐射太阳与环境辐射8.5.1 太阳常数太阳常数式中：式中：f f地日距离修正系数，地日距离修正系数，0.970.971.031.03 天顶角（太阳射线与地面法线之间的夹角）天顶角（太阳射线与地面法线之间的夹角） Sc太阳常数（日地平均距离处，大气层外缘太阳常数（日地平均距离处，大气层外缘 与太阳射线相垂直的单位表面积所接受到与太阳射线相垂直的单位表面积所接受到 的太阳辐射能，其值为的太阳辐射能，其值为(1370(13706)W/m6)W/m2 2cos,fS

34、GcOS大气层外缘水平面上单位面积接受到的太阳辐射能大气层外缘水平面上单位面积接受到的太阳辐射能(8-26)2. 太阳常数太阳常数WdSc1721076. 14/故故, 单位时间内照射到地球上的太阳辐射能约为单位时间内照射到地球上的太阳辐射能约为:相当于每秒钟燃烧相当于每秒钟燃烧600万吨标准煤的发热量万吨标准煤的发热量8.5.2 太阳能穿过大气层时的削弱太阳能穿过大气层时的削弱大气层对太阳辐射的两种削弱作用大气层对太阳辐射的两种削弱作用:1. 包含在大气层中的吸收性气体的包含在大气层中的吸收性气体的吸收吸收作用作用 ( 臭氧、水蒸汽、二氧化碳、各种臭氧、水蒸汽、二氧化碳、各种CFC气体气体

35、)2. 散射散射作用作用: 对太阳投入辐射的重辐射对太阳投入辐射的重辐射 分子散射分子散射基本上向整个空间均匀地进行基本上向整个空间均匀地进行 米散射米散射-由于大气层中的尘埃与悬浮微粒所由于大气层中的尘埃与悬浮微粒所 造成造成, 使辐射能基本沿投入辐射方使辐射能基本沿投入辐射方 向继续向前传递向继续向前传递,直接到达地球表面直接到达地球表面8.5.3 环境辐射环境辐射环境辐射环境辐射-地球及大气层中某些具有辐射能力成份的辐射地球及大气层中某些具有辐射能力成份的辐射.气象研究表明气象研究表明, 大气层对地球表面的投入辐射为大气层对地球表面的投入辐射为:4skyatmTG式中式中: 等效天空温度

36、等效天空温度, 其值与气象条件有关其值与气象条件有关 skyT8.5.4 物体对太阳能的吸收物体对太阳能的吸收部分物体对太阳辐射的吸收比见部分物体对太阳辐射的吸收比见P383表表8-4 在研究物体与太阳辐射的相互作用时，不能在研究物体与太阳辐射的相互作用时，不能把物体作灰体，即把物体作灰体，即其中，其中， 为物体对太阳辐射的吸收比为物体对太阳辐射的吸收比 太阳能的应用实例太阳能的应用实例太阳能集热器太阳能集热器 （将太阳能转换成工质（将太阳能转换成工质热水的热能的设备）热水的热能的设备） 2. 太阳能集热器的效率：太阳能集热器的效率：spctrpstrpssgGqGTTCGq,440) 111

37、()100()100(投入集热器的太阳辐射密度集热器的有效收益热流(10-4)的穿透比透明覆盖层对太阳辐射收比吸热面对太阳辐射的吸热力学温度吸热面及透明覆盖层的率所处工作温度下的发射吸热面及透明覆盖层在吸热面的对流散热式中strptrppcTTq,:,1. 稳态条件下，集热器单位面积的稳态条件下，集热器单位面积的热平衡方程热平衡方程:pcprgssqqqG,（10-3）3. 提高太阳能集热器效率的途径和措施提高太阳能集热器效率的途径和措施 措施措施: 利用对太阳光透明的玻璃或塑料薄膜使吸热面不利用对太阳光透明的玻璃或塑料薄膜使吸热面不 直接暴露于外界环境直接暴露于外界环境; 采用双层玻璃覆盖层采用双层玻璃覆盖层; 吸热面采用光谱选择性涂层吸热面采用光谱选择性涂层(具有较高的具有较高的s/值值) 途径途径： 在保持最大限度采集太阳辐射的同时，尽可能减在保持最大限度采集太阳辐射的同时，