工程热力学第十七章.ppt

第十七章辐射换热第一节热辐射的基本概念第二节热辐射的基本定律第三节物体间的辐射换热第四节太阳辐射 1第一节热辐射的基本概念一、热辐射(thermal radiation) 的本质?物体中的原子内部,处于束缚态的电子从高能态能级向低能态能级跃迁时, 由于电子跃迁所释放的能量就以交替变化的电磁波向四周放射出去,这种能量就叫做辐射能。?辐射能是原子内部复杂激动的结果。物体的温度只要高于绝对零度,它便不可避免地发射出辐射能,物体的温度愈高则发射的辐射能量愈多。?热辐射是不依赖任何介质、用电磁波来传递热能的一种热传递方式,辐射换热是可以在真空中以光速进行的热传递过程。 2 根据不同波长范围的电磁波效应和用途,分为宇宙射线、γ射线、 x 射线、紫外线、可见光、红外线和无线电波等。热射线的波长主要位于 ~100 μm 的范围内,其中包括可见光(波长 ~ μm )和红外线(波长 ~25 μm 的近红外线和波长 25~100 μm 的远红外线)。热射线 3 二、物体的吸收率、反射率和穿透率 Q A /Q 物体的吸收率 A Q R /Q 物体的反射率 R Q D /Q 物体的穿透率 D QQQQ DRA???1???Q QQ QQ Q DRA A+R+D=1 4 A=1 的物体称为黑体(black body) R=1 的物体称为白体 D=1 的物体称为透明体 黑体的一切量,都用下标“0”表示颜色的深浅对可见光的吸收率影响较大。对红外线来说,吸收率主要取决于物体表面的粗糙度, 不管什么颜色,平滑面和磨光面,其反射率都要比粗糙面高好几倍。 5 三、辐射力和单色辐射力气体对于辐射能几乎不反射, R=0, A+D=1 。当辐射能投射到固体或液体的表面时,在进入表面很小距离内即被吸收完毕, D=0, A+R=1 。凡是善于吸收的物体( A比较大),就不善于反射( R 较小),善于反射的物体,则不善于吸收。 1、辐射力: 物体每单位表面积在单位时间内所放射出去的从λ=0 到λ=∞的一切波长的辐射总能量。 2、单色辐射力: 在λ到λ+dλ的波长范围内,物体辐射力为 dE ,dE 除以该波长间隔 dλ所得的商。 2/mW A QE? 3/mW d dE E??? 6 立体角(solid angle) :球面上的给定面积对球心所张的球面角,它的大小用该面积除以球面半径的平方来计算。单位用符号 sr(球面度)表示。 2r da d?? sr ra sr ra????2,2 1, 2 2????7 可见面积: 沿P方向发射的辐射能, dA 的可见面积就是其在与 P垂直方向的投影面积。 ndA p?n方向:可见面积为 dA p方向:可见面积为 dA · cos ??=90 ?,可见面积为 0 3、定向辐射强度(directional radiation intensity) :单位时间内与发射方向垂直的单位可见面积在单位立体角内所发射的辐射能。??? cos cos 2 2 2r da dA QdddA QdI da dA da dA p ?????) /( 2 srmW? 8第二节热辐射的基本定律一、普朗特定律( Planck ’ s law) 3 ) /( 51,0/1 2mW e CE TC??????各种不同温度下黑体的单色辐射力按波长变化的规律。 9 二、维恩位移定律(Wien ’ s displacement law) 在一定温度下,对应于最大单色辐射力的波长λ m, 与该黑体热力学温度 T成反比。 Km T m????310 ? 10