第四节辐射换热.ppt

1、第四节辐射换热、辐射换热的基本概念是指在温度不同的2个(或2个以上)物体之间相互进行的辐射和吸收的换热过程。 以电磁波放射的形式进行的热能交换。 波长在0.1-40m范围的放射线照射物体时，被物体吸收成为热能，这个范围的放射线称为热线，其传播过程称为热辐射。 辐射热交换可以在真空中进行。 物体的吸收率、反射率、透射率放射能投影到物体表面，通常一部分被吸收，一部分被反射，一部分可能透过物体。 如果选择q投影到物体表面的总放射能、QA吸收的部分QR反射的部分QD穿过过去的部分，则得到Q=QA QR QD上式的两边除以q的结果，称为QA/Q物体的吸收率A QR/Q物体的反射率R QD/Q物体的透射率

2、d且A R D=1 几个虚拟物体透明体： D=1近似其上投影的放射能全部的透明体有氧、氮等(二原子气体)白体： R=1能够反射其表面投射的热线全部。 物体表面的粗糙度对热线的反射有决定性的影响。 黑体： A=1能够吸收投影在其上的所有辐射能量，是所有物体中吸收能力最强的理想物体。 在辐射换热理论中黑体占有重要地位。 热辐射的基本规律，普朗克规律总辐射力：单位时间内，物体的单位面积，辐射波长在=0-范围内的所有能量，简称辐射力，用e表示黑体的辐射力，用E0表示。 单色辐射力：指单位时间内物体的单位表面积、辐射的某波长下的每单位波长的能量，用符号e表示的黑体用E0表示，普朗克定律的主要内容决定黑体

3、的单色辐射力的公式： W/(m2m )式中，波长，m； t物体的绝对温度，k； C1常数、3.743108Wm4/m2； C2常数是1.439104mK普朗克定律，表示黑体辐射力在不同温度下按波长分布的规律。 从维也纳定理E0的最大值： E0的曲线图可知，在同一温度下，E0在某波长max时存在最大值，与E0的最大值对应的max随着温度升高向短波的范围移动。 维也纳定理的内容：对于能够根据对应的最大单色辐射力E0的波长max推定辐射表面的温度T: maxT2.910-3mK (4-2)、即T2.910-3/max、斯蒂芬波兹曼定律(4次方)的W/m2 (4-3)黑体黑度的大小取决于物体的材料、温

4、度及其表面状态。 不仅仅是颜色，颜色的浓淡只会对可见光的吸收率产生很大影响。 可见光的放射力一般仅占总放射力的一小部分，大部分的放射力由红外线决定，但对于红外线来说，吸收率主要取决于物体表面的粗糙度，无论是什么颜色，平滑面和研磨面，其反射率都比粗糙面高数倍。 表面粗糙的物体即使颜色淡，黑色也大。 基尔霍夫定律基尔霍夫定律的内容：任何物体的辐射力和吸收率之比与物体的性质无关，总是等于同一温度下绝对黑体的辐射力。 注：该定理仅适用于平衡热辐射。 压倒过程图：表面1和表面2中的1是黑体，通过压倒得到：表面2辐射热交换的差必须由q=E-AE0热平衡时T=T0，q=0得到： E-AE0=0或E/A=E0

5、，结论：从基尔希发射好的物体必须很好地吸收23 )在热平衡条件下，任意物体对绝对黑体辐射的吸收率等于该物体在相同温度下的黑度。 太阳在辐射时如5800K的圆盘，其最大辐射强度为波长0.5um。 辐射强度的大约一半出现在可见光的波长范围内，并且其估计出现直到波长在红外范围内达到3um。 在太阳到地球的平均距离内，太阳垂直投影在单位面积上的能量是常数，称为太阳常数，其值为Eos=1326W/m2，通过太阳辐射热的修正计算，太阳直射时，地面上的照射力Es比Eos小。 考虑到太阳辐射，物体与周围介质的辐射热交换校正公式Q12中，物体为吸收或放出热的T1是物体温度，T2是周围空气温度，物体表面的黑色，S1是物体的表面积，As是物体对太阳的吸收率，Es是太阳的照射力，Ss是物体被太阳照射的面积。 如果电子产品装在箱子里，通过箱壁传递的太阳辐射热可以近似地修正： k