【正文】 釋放熱量。因此冷庫(kù)敗取較淺的顏色，從而使吸收的可見(jiàn)光能量較少，而向外發(fā)射的紅外線較多。何謂“漫─灰表面”?有何實(shí)際意義?答：“漫─灰表面”、漫反射指物體表面在輻射、反射時(shí)各方向相同. 灰表面是指在同一溫度下表面的輻射光譜與黑體輻射光譜相似,吸收率也取定值.“漫─灰表面”的實(shí)際意義在于將物體的輻射、反射、吸收等性質(zhì)理想化,可應(yīng)用熱輻射的基本定律了。大部分工程材料可作為漫輻射表面,。你以為下述說(shuō)法：“常溫下呈紅色的物體表示此物體在常溫下紅色光的單色發(fā)射率較其它色光(黃、綠、蘭)的單色發(fā)射率為高?！睂?duì)嗎?為什么?(注：指無(wú)加熱源條件下)答：這一說(shuō)法不對(duì)。因?yàn)槌叵挛覀兯?jiàn)到的物體的顏色，、綠、藍(lán)等色光的吸收率較大,對(duì)紅光的吸收率較小,反射率較大形成的. 根據(jù)基而霍夫定律ελ=αλ，故常溫下呈紅色的物體,其常溫下的紅色光單色發(fā)射率較其他色光的單色光發(fā)射率要小。某樓房室內(nèi)是用白灰粉刷的, 但即使在晴朗的白天, 遠(yuǎn)眺該樓房的窗口時(shí), 總覺(jué)得里面黑洞洞的, 這是為什么?答：窗口相對(duì)于室內(nèi)面積來(lái)說(shuō)較小, 當(dāng)射線(可見(jiàn)光射線等)從窗口進(jìn)入室內(nèi)時(shí)在室內(nèi)經(jīng)過(guò)多次反復(fù)吸收、反射, 只有極少的可見(jiàn)光射線從窗口反射出來(lái), 由于觀察點(diǎn)距離窗口很遠(yuǎn), 故從窗口反射出來(lái)的可見(jiàn)光到達(dá)觀察點(diǎn)的份額很小, 因而就很難反射到遠(yuǎn)眺人的眼里, 所以我們就覺(jué)得窗口里面黑洞洞的.實(shí)際物體表面在某一溫度T下的單色輻射力隨波長(zhǎng)的變化曲線與它的單色吸收率的變化曲線有何聯(lián)系?如巳知其單色輻射力變化曲線如圖所示，試定性地畫(huà)出它的單色吸收率變化曲線。答：從圖中可以分析出，該物體表面為非灰體，根據(jù)基爾霍夫定律，αλ=ελ，即為同一波長(zhǎng)線②與線①之比。該物體單色吸收率變化曲線如圖所示。 二、定量計(jì)算包括建立輻射換熱的能量守恒關(guān)系式，蘭貝特定律的應(yīng)用，利用物體的光輻（即單色）射特性計(jì)算輻射換熱，等等。白天，投射到—大的水平屋頂上的太陽(yáng)照度Gx＝1100W/m2，室外空氣溫反t1＝27℃，有風(fēng)吹過(guò)時(shí)空氣與屋頂?shù)谋砻鎮(zhèn)鳠嵯禂?shù)為h＝25W/(m2K)，屋頂下表面絕熱，上表面發(fā)射率＝，且對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收比＝。求穩(wěn)定狀態(tài)下屋頂?shù)臏囟?。設(shè)太空溫度為絕對(duì)零度。解：如圖所示， 穩(wěn)態(tài)時(shí)屋頂?shù)臒崞胶猓簩?duì)流散熱量輻射散熱量太陽(yáng)輻射熱量代入(1)中得采用試湊法，解得℃已知太陽(yáng)可視為溫度Ts＝5800 K的黑體。某選擇性表面的光譜吸收比隨波長(zhǎng)A變化的特性如圖所示。當(dāng)太陽(yáng)的投入輻射Gs＝800 W/m2時(shí)，試計(jì)算該表面對(duì)太陽(yáng)輻射的總吸收比及單位面積上所吸收的太陽(yáng)能量。解：先計(jì)算總吸收比。單位面積上所吸收的太陽(yáng)能：有一漫射表面溫度T=1500K，已知其單色發(fā)射率隨波長(zhǎng)的變化如圖所示，試計(jì)算表面的全波長(zhǎng)總發(fā)射率和輻射力。解：，即：查教材P208表81得，所以 三、本章提要1．熱輻射的基本概念熱輻射是以電磁波(或光量子)形式傳遞熱量的一種方式，凡0K以上的任何物體都具有一定發(fā)射輻射和吸收輻射的能力，所謂輻射熱交換是發(fā)射與吸收兩種作用的凈效果。熱輻射是一種基本傳熱方式中唯一一種非接觸的方式?！?00μm，4μm以上的遠(yuǎn)紅外是很多工業(yè)應(yīng)用中最主要的輻射波段。黑體是對(duì)任意波長(zhǎng)和任何方向的輻射能均可以完全吸收的理想體。人工(等溫)黑體空腔內(nèi)任意位置受到的輻照都相當(dāng)于腔壁溫度下的黑體輻射，只要把空腔小孔的直徑作得足夠小，就可以獲得非常接近理想黑體的人造表面。2．熱輻射參數(shù)與熱韌性輻射力、光譜輻射力、定向輻射力、定向光譜輻射力(法向輻射力)、(定向)輻射強(qiáng)度、定向光譜輻射強(qiáng)度。發(fā)射率、光譜發(fā)射率、定向光譜發(fā)射率(法向發(fā)射率)。吸收率、光譜吸收率。反射率和透過(guò)率。投射輻射與有效輻射。不應(yīng)該，也不需要機(jī)械地背誦所有這些概念和定義。它們是有規(guī)律可循的。所有的量均圍繞著兩個(gè)基本參數(shù)：波長(zhǎng)和空間方位。對(duì)特定波長(zhǎng)(過(guò)去習(xí)慣稱(chēng)為“單色”，現(xiàn)在按國(guó)標(biāo)一律稱(chēng)“光譜”)，都以該波長(zhǎng)附近寬度等于以范圍內(nèi)的輻射能為基準(zhǔn)。對(duì)所有冠以“定向”兩個(gè)字的物理量，均以空間指定方向的單位立體角為衡量的基準(zhǔn)。既非光譜，又非定向，則必定是對(duì)全波長(zhǎng)和半球向積分后得到的總量。至于“法向……”，無(wú)非是定向的一種特定情況。需要注意衡量輻射強(qiáng)度的面積基準(zhǔn)，明確區(qū)分輻射力和輻射強(qiáng)度的差別，以及表面的發(fā)射率、吸收率隨著哪些參數(shù)改變而改變。3．熱輻射的基本定律普朗克定律描述黑體的光譜輻射力與波長(zhǎng)、溫度的關(guān)系。維思位移定律給出任意溫度黑體最大光譜輻射力所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的定量描述。斯成藩—玻耳茲曼定律確定了黑體的半球向總輻射力與其熱力學(xué)溫度之間的單值函數(shù)關(guān)系。蘭貝特余弦定律給出所有漫射表面(應(yīng)該理解為漫發(fā)射和漫反射)在輻射方向特性上的一個(gè)共同規(guī)律，即(定向)輻射強(qiáng)度不隨空間方位改變?；鶢柣舴蚨芍赋隽瞬牧蟽身?xiàng)最重要的輻射物性——吸收率和發(fā)射率之間的定量關(guān)系。參見(jiàn)下表，表中總結(jié)了該定律的全波長(zhǎng)、光譜以及光譜定向三種表達(dá)形式，應(yīng)特別注意分清它們各自必須滿(mǎn)足的條件。在把實(shí)際表面均當(dāng)作漫射表面對(duì)待的前提下，光譜吸收率與光譜發(fā)射率相等。但對(duì)于溫度水平相差極大的輻射源和受輻射體，在應(yīng)用基爾霍夫定律時(shí)必須要謹(jǐn)慎！基爾霍夫定律的三種不同表達(dá)形式灰體，或灰表面是指光譜發(fā)射率和光譜吸收率與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的理想化表面。漫灰表朗則指既在輻射的方向特性上遵守蘭貝特定律，又在波長(zhǎng)特性上滿(mǎn)足式的理想表面。4．太陽(yáng)輻射與環(huán)境輻射太陽(yáng)在經(jīng)常遇到的輻射熱源中溫度水平最高，其表面有效溫度大大超出工業(yè)上的一般高溫范圍，因此它的輻射能量中有很大比例的可見(jiàn)光。實(shí)際材料表面對(duì)可見(jiàn)光和對(duì)紅外線所表現(xiàn)出來(lái)的輻射性能常常差異巨大，而且這種差異是無(wú)法用肉眼判斷的。這個(gè)特點(diǎn)導(dǎo)致在處理與太陽(yáng)輻射相關(guān)的表面吸收、發(fā)射問(wèn)題時(shí)必須要十分小心。課堂分析從改善散熱效果來(lái)說(shuō), 室外電力變壓器外殼上油漆的顏色是深一點(diǎn)好還是淺一點(diǎn)好? 為什么?淺一點(diǎn)好。因?yàn)閷?duì)太陽(yáng)可見(jiàn)光的吸收，顏色淺的油漆吸收率低, 而對(duì)變壓器本身輻射散熱來(lái)說(shuō)，主要是紅外線，顏色沒(méi)有什么影響，不同顏色的油漆具有相同的發(fā)射率。應(yīng)用維恩定律解釋金屬加熱過(guò)程的顏色變化。維恩定律λmaxT= μmK表明, 物體隨著溫度T的升高, λmax向波長(zhǎng)減小的方向移動(dòng). 金屬發(fā)射的能譜中可見(jiàn)光部分的份額越來(lái)越多,其可見(jiàn)光中的短波部分也越來(lái)越多, 因而感覺(jué)到金屬加熱過(guò)程隨著T升高顏色由黑逐漸變?yōu)榘导t、橘紅、鮮紅, 甚至白亮色.何謂黑體、白體和透明體? 舉例說(shuō)明對(duì)熱射線的吸收和反射不決定于表面的顏色。物體能全部吸收投射其上的能量, 即α=, 即ρ=, 即τ=1 .物體表面顏色決定于對(duì)可見(jiàn)光的吸收和反射情況, 黑體、白體、是指對(duì)0∞波長(zhǎng)的全部投射線而言, , 白雪的顏色為白色, 但α=。 白布、黑布顏色各異,但α相近.說(shuō)明定向輻射力Eθ和輻射強(qiáng)度Iθ的不同之處及它們之間的關(guān)系。定向輻射力Eθ和輻射強(qiáng)度Iθ均表示物體表面朝某方向(θ方向)單位時(shí)間、單位立體角內(nèi)發(fā)射的全波長(zhǎng)能量,但Eθ是針對(duì)發(fā)射物體單位表面積而言,而Iθ則是指與輻射方向相垂直的單位面積所發(fā)射的能量,故它們的單位雖然相同(W/m2sr)，, 有Eθ=Iθcosθ。ε=ελ與ε=εθ的區(qū)別是什么？區(qū)別在于ε=ελ的適用條件為漫射表面，而ε=εθ的適用條件為灰體表面。試從熱輻射觀點(diǎn)分析, 用電爐來(lái)烘烤某一工件, 把工件放在電爐的正上方熱得快還是放在電爐的邊沿?zé)岬每? 為什么?雖然不論是放在上方, 還是放在邊沿, 工件被輻射照射面積相同, 所張立體角也相同, 但一個(gè)是法向, 一個(gè)是成θ角的偏向, 而Eθ=Encosθ,所以工件放在電爐正上方(即法向)得到的輻射熱多, 熱得快.實(shí)際物體表面的發(fā)射率和吸收率主要受哪些因素影響?發(fā)射率ε與物體本身的性質(zhì)(種類(lèi))、表面狀況、表面狀況及溫度有關(guān), 而且與入射的波長(zhǎng)有關(guān).輻射換熱計(jì)算部分 一、基本概念主要包括：角系數(shù)的定義及性質(zhì)；漫灰表面輻射換熱特點(diǎn)；遮熱板原理及其應(yīng)用；氣體輻射及太陽(yáng)輻射特點(diǎn)等。簡(jiǎn)述輻射換熱封閉空腔網(wǎng)絡(luò)法。答：求解輻射換熱問(wèn)題時(shí)與電學(xué)中的歐姆定律相比擬， 得出一個(gè)封閉空腔網(wǎng)絡(luò)法。由任意放置的兩黑體表面間的輻射換熱計(jì)算公式：，式中(Eb1Eb2)相當(dāng)于電位差，相當(dāng)于電阻，叫空間熱阻；又由灰表面間的某表面凈輻射換熱公式：，式中(Eb1Eb2)相當(dāng)于電位差，相當(dāng)于電阻，叫表面熱阻。具體步驟為：首先所有表面必須形成封閉系統(tǒng)，再繪制熱阻網(wǎng)絡(luò)圖，其具體方法為：⑴每一個(gè)物體表面為1個(gè)節(jié)點(diǎn)（該物體表面應(yīng)具有相同的溫度和表面輻射吸收特性），其熱勢(shì)為有效輻射Ji；⑵每?jī)蓚€(gè)表面間連接一個(gè)相應(yīng)的空間熱阻；⑶每個(gè)表面與接地間連接一個(gè)表面熱阻和“電池”（黑體輻射力Eb）；⑷若某角系數(shù)為0，即空間熱阻→∞，則相應(yīng)兩個(gè)表面間可以斷開(kāi)，不連接空間熱阻；⑸若某表面絕熱，則其為浮動(dòng)熱勢(shì)，不與接地相連。黑體表面與重輻射面相比，均有J=Eb。這是否意味著黑體表面與重輻射面具有相同的性質(zhì)？答：雖然黑體表面與重輻射面均具有J=Eb的特點(diǎn)，但二者具有不同的性質(zhì)。黑體表面的溫度不依賴(lài)于其他參與輻射的表面，相當(dāng)于源熱勢(shì)。而重輻射面的溫度則是浮動(dòng)的，取決于參與輻射的其他表面。要增強(qiáng)物體間的輻射換熱，有人提出用發(fā)射率ε大的材料。而根據(jù)基爾霍夫定律，對(duì)漫灰表面ε＝α，即發(fā)射率大的物體同時(shí)其吸收率也大。有人因此得出結(jié)論：用增大發(fā)射率ε的方法無(wú)法增強(qiáng)輻射換熱。請(qǐng)判斷這種說(shuō)法的正確性，并說(shuō)明理由。答：在其他條件不變時(shí)，由物體的表面熱阻可知，當(dāng)ε越大時(shí)，物體的表面輻射熱阻越小，因而可以增強(qiáng)輻射換熱。因此，上述說(shuō)法不正確。如圖所示，兩漫灰同心圓球殼之間插入一同心輻射遮熱球殼，試問(wèn)遮熱球殼靠近外球殼還是靠近內(nèi)球殼時(shí)，球殼1和球殼2表面之間的輻射散熱量越大?答：插入輻射遮熱球殼后，該輻射換熱系統(tǒng)的輻射網(wǎng)絡(luò)圖如圖所示。 顯然，圖中熱阻R1，R2，R5，R6在遮熱球殼直徑發(fā)生變化時(shí)保持不變，但R3＝R4＝隨遮熱球殼半徑的增加而減小。因此，遮熱球殼靠近外球殼即半徑越大時(shí)輻射散熱量越大。 氣體輻射有什么特點(diǎn)?答：1）不同氣體有著不同的輻射及吸收特性，即只有部分氣體具有輻射及吸收能力；2）具有輻射及吸收性氣體對(duì)波長(zhǎng)具有選擇性， 如COH2O都各有三個(gè)光帶─光譜不連續(xù)。3）輻射與吸收在整個(gè)容積中進(jìn)行。太陽(yáng)能集熱器吸熱表面選用具有什么性質(zhì)的材料為宜? 為什么?答：太陽(yáng)能集熱器是用來(lái)吸收太陽(yáng)輻射能的，因而其表面應(yīng)能最大限度地吸收投射來(lái)的太陽(yáng)輻射能，同時(shí)又保證得到的熱量盡少地散失，即表面盡可能少的向外輻射能。但太陽(yáng)輻射是高溫輻射，輻射能量主要集中于短波光譜(如可見(jiàn)光)，集熱器本身是低溫輻射，輻射能量主要集中于長(zhǎng)波光譜范圍(如紅外線)。所以集熱器表面應(yīng)選擇具備對(duì)短波吸收率很高，而對(duì)長(zhǎng)波發(fā)射(吸收)率極低這樣性質(zhì)的材料。 二、定量計(jì)算包括：角系數(shù)的計(jì)算；漫灰表面封閉輻射系統(tǒng)的換熱計(jì)算；多漫灰表面(主要是三表面)封閉輻射系統(tǒng)的換熱計(jì)算等。求如圖所示空腔內(nèi)壁面2對(duì)開(kāi)口1的角系數(shù)。 解：利用角系數(shù)的互換性和完整性即可求出。由于壁面2為凹表面，所以，但，由角系數(shù)的互換性得：。溫度分別為t1＝527℃及t2＝27℃，板間距遠(yuǎn)小于板的寬度與高度。試計(jì)算：(1)板1的本身輻射；(2)對(duì)板1的投入輻射；(3)板1的反射輻射；(4)板1的有效輻射；(5)板2的有效輻射；(6)板2間的輻射換熱量。解：由于兩板間距極小，可視為兩無(wú)限大平壁間的輻射換熱，輻射熱阻網(wǎng)絡(luò)如圖。根據(jù)，得：⑴板1的本身輻射⑵對(duì)板1的投入輻射即為板2的有效輻射，⑶板1的反射輻射⑷板1的有效輻射⑸板2的有效輻射⑹板2間的輻射換熱量，放在環(huán)境溫度保持為300K的大房間內(nèi)。兩圓盤(pán)背面不參與換熱。其中一個(gè)圓盤(pán)絕熱，另一個(gè)保持均勻溫度500 K。且兩圓盤(pán)均為漫射灰體。試確定絕熱圓盤(pán)的表面溫度及等溫圓盤(pán)表面的輻射熱流密度。解：這是三個(gè)表面組成封閉系的輻射換熱問(wèn)題，表面1為漫灰表面，表面2為絕熱表面，表面3相當(dāng)于黑體。如圖(a)所示。輻射網(wǎng)絡(luò)圖見(jiàn)圖(b)。計(jì)算角系數(shù)：，對(duì)J1列節(jié)點(diǎn)方程對(duì)J2列節(jié)點(diǎn)方程其中，因而(1)，(2)式成為：解得：J1=， J2=因此等溫圓盤(pán)1的表面輻射熱流：用熱電偶來(lái)測(cè)量管內(nèi)流動(dòng)著的熱空氣溫度，如圖。熱電偶測(cè)得溫度t1=400℃，管壁由于散熱測(cè)得溫度t2＝350℃。從氣流到熱電偶頭部的對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為35W/(m2K)。試計(jì)算由于熱電偶頭部和管壁間的輻射換熱而引起的測(cè)溫誤差，此時(shí)氣流的真實(shí)溫度應(yīng)為多少?討論此測(cè)溫誤差和換熱系數(shù)的關(guān)系，此測(cè)溫誤差和熱電偶頭部發(fā)射率的關(guān)系。解：熱電偶頭部的能量平衡式為：，其中熱電偶頭部與管壁的輻射換熱為空腔與內(nèi)包壁的輻射換熱，并忽略熱電偶絲的導(dǎo)熱。氣流的真實(shí)溫度為：由上式可以看出，測(cè)溫誤差與換熱系數(shù)成正比，與熱電偶頭部輻射率成反比。即為減少測(cè)溫誤差，應(yīng)強(qiáng)化熱電偶頭部與熱氣流間的對(duì)流換熱，削弱與管壁間輻射換熱。三、本章提要1．角系數(shù)角系數(shù)描述輻射表面之間的空間相對(duì)位置關(guān)系。對(duì)漫灰表面而言，在有效輻射均勾的前提下，角系數(shù)是一個(gè)純粹的幾何量，即與溫度高低以及表面的輻射熱物件參數(shù)沒(méi)有任何關(guān)系。角系數(shù)的定義式是建立在蘭貝特定律基礎(chǔ)上的。微元面對(duì)有限面的角系數(shù)為定值，而有限面對(duì)有限面的角系數(shù)實(shí)際上具有積分平均的意義。角系數(shù)有以下三個(gè)基本性質(zhì)：互換性：完整性：分解性：⑴發(fā)射面被分解： ⑵受射面被分解： 計(jì)算角系數(shù)的方法主要有：直接積分法、代