清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)12第十一章-輻射換熱(已修改)
2024-09-09 16:54 本頁面
【正文】 1 第十一章 輻射換熱 第八章已指出 ， 熱輻射是熱量傳遞的基本方式之一 ， 以熱輻射方式進(jìn)行的熱量交換稱為輻射換熱 。 輻射換熱在熱能動(dòng)力工程 、 核能工程 、 冶金 、 化工 、 航天 、 太陽能利用 、 干燥技術(shù)以及日常生活中的加熱 、 供暖等方面具有非常廣泛的應(yīng)用 。 本章主要從宏觀的角度介紹熱輻射的基本概念 、 基本定律以及輻射換熱的計(jì)算方法 。 2 111 熱輻射的基本概念 1. 吸收 、 反射與透射 投入輻射 : 單位時(shí)間內(nèi)投射到單位面積物體表面上的全波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射能 。 G W/m2 反射輻射 : G? W/m2 吸收輻射 : G? W/m2 透射輻射 : G? W/m2 3 吸收比 GG?? ? 反射比 GG?? ?透射比 GG?? ?根據(jù)能量守恒 ， G G G G? ? ?? ? ? 1? ? ?? ? ?如果投入輻射是某一波長(zhǎng) ?的輻射能 G? ， 則 GG????? ? GG????? ? GG????? ?光譜吸收比 光譜反射比 光譜透射比 1? ? ?? ? ?? ? ?00GdGd????????????00GdGd????????????00GdGd???????????? 與 的關(guān)系： ,? ? ?? ? ?,? ? ?4 注意 ： （ 1） 屬于物體的輻射特性 ， 取決于物體的種類 、 溫度和表面狀況 ， 是波長(zhǎng)的函數(shù) 。 ,? ? ?? ? ?,? ? ? 不僅取決于物體的性質(zhì) ， 還與投射輻射能的波長(zhǎng)分布有關(guān) 。 （ 2） 固體和液體對(duì)輻射能的吸收和反射基本上屬于表面效應(yīng) ： 金屬的表面層厚度小于 1?m；絕大多數(shù)非金屬的 表面層厚度小于 1mm。 （ 3） 對(duì)于固體和液體 ， 。 0 , 1? ? ?? ? ? 鏡反射 與 漫反射 ： 產(chǎn)生何種反射決于物體表面的粗糙程度和投射輻射能的波長(zhǎng) 。 5 2. 灰體與黑體 灰體 ： 注意 ：黑體 、 白體與黑色 、 白色物體的區(qū)別 。 光譜輻射特性不隨波長(zhǎng)而變化的假想物體 ，即 分別等于常數(shù) 。 ,? ? ?? ? ?00ddGG????????????00ddGG????????????00ddGG???????????????? ???? ????絕對(duì)黑體 ： 吸收比 ? = 1的物體 ， 簡(jiǎn)稱 黑體 。 黑體和灰體一樣 ， 是一種理想物體 。 人工黑體模型 ： 鏡體 （ 漫反射時(shí)稱為白體 ） ： ? = 1 絕對(duì)透明體 ： ? = 1 6 3. 輻射強(qiáng)度 輻射強(qiáng)度說明物體表面在空間某個(gè)方向上發(fā)射輻射能的多少 。 立體角 ： 半徑為 r的球面上面積 A與球心所對(duì)應(yīng)的空間角度 ， 2Ar? ?單位為 Sr（ 球面度 ） （ ?， ?） 方向上的微元面積 dA2對(duì)球心所張的微元立體角 22dd Ar?? 2d s i n d = s i n d drrr?? ? ? ? ???7 輻射強(qiáng)度 ： 單位時(shí)間內(nèi)從單位投影面積 （ 可見面積 ） 所發(fā)出的包含在單位立體角內(nèi)的所有波長(zhǎng)的輻射能 。 ? ?1, c o sdL d A d??? ??? 稱為 dA1在 （ ?， ?） 方向的 輻射強(qiáng)度 ， 或稱為 定向輻射強(qiáng)度 ， 單位是 W/(m2?Sr)。 ? ?,L ??8 輻射強(qiáng)度的大小不僅取決于物體種類 、 表面性質(zhì) 、溫度 ， 還與方向有關(guān) 。 對(duì)于各向同性的物體表面 ， 輻射強(qiáng)度與角 ? 無關(guān) ， 。 ? ? ? ?,LL? ? ??光譜輻射強(qiáng)度 ： 某波長(zhǎng)輻射能的輻射強(qiáng)度稱為該波長(zhǎng)的 光譜輻射強(qiáng)度 。 輻射強(qiáng)度 與 光譜輻射強(qiáng)度 之間的關(guān)系 ? ? ? ?0L L d?? ? ??? ?光譜輻射強(qiáng)度 的單位為 W/(m3?Sr)或 W/(m2??m?Sr)。 9 輻射力 ： 在單位時(shí)間內(nèi) ， 每單位面積表面向半球空間發(fā)射的全部波長(zhǎng)的輻射能 ， 用 E表示 ， 單位為 W/m2。 光譜輻射力 ： 在 波長(zhǎng)范圍內(nèi)單位波長(zhǎng)的輻射力 ， 用 E?表示 ， 單位為 W/m3。 ~ d? ? ??輻射力 與 光譜輻射力 之間的關(guān)系 0E E d? ??? ?定向輻射力 ： 在單位時(shí)間內(nèi) ， 單位面積表面向某方向發(fā)射的單位立體角內(nèi)的輻射能 ， 用 E?表示 ， 單位為W/(m2?sr)。 10 定向輻射力 與 輻射力
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