熱輻射的基本定律ppt課件-資料下載頁(yè)
2025-05-01 12:02本頁(yè)面
【正文】 體的概念及其工程應(yīng)用 引入的意義 ：不管投入輻射的分布如何， ?均為常數(shù)，即物體的吸收比只取決于本身的情況而與外界情況無(wú)關(guān)。 像黑體一樣 ， 灰體也是一種 理想物體 。 工業(yè)上通常遇到的熱輻射，其主要波長(zhǎng)區(qū)段位于紅外線(xiàn)范圍內(nèi)（絕大部分 ），在此范圍內(nèi)，大多數(shù)工程材料當(dāng)作灰體處理引起的誤差是可以容許的，這種簡(jiǎn)化處理給輻射換熱分析帶來(lái)了很大的方便。 發(fā)射輻射與吸收輻射二者之間的聯(lián)系 ： 最簡(jiǎn)單的推導(dǎo)是用兩塊無(wú)限大平板間的熱力學(xué)平衡方法。如圖所示，板 1時(shí)黑體，板 2是任意物體，參數(shù)分別為 Eb, T1 以及 E, ?, T2，則當(dāng)系統(tǒng)處于熱平衡時(shí)，有 吸收比與發(fā)射率的關(guān)系－基爾霍夫定律 bq E E???在熱平衡條件下，任何物體的輻射和它對(duì)來(lái)自黑體輻射的吸收比的比值，恒等于同溫度下黑體的輻射力。 bEE????當(dāng)體系處于 T1=T2的狀態(tài) ， 即處于熱平衡條件下時(shí) ， q=0， 則 bEE ??把這種關(guān)系推廣到任意物體時(shí) ， 可寫(xiě)出如下的關(guān)系式： bEEEE ??????? ?2211熱平衡時(shí)，任意物體對(duì)黑體投入輻射的吸收比等于該物體的發(fā)射率。 基爾霍夫定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式之一 基爾霍夫定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式之一 0bEE??? 該式說(shuō)明，在熱力學(xué)平衡狀態(tài)下，物體的吸收率等與它的發(fā)射率。但該式具有如下 限制 ： (1)整個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)； (2)投射輻射源必須是同溫度下的黑體。 bEE????漫射灰體 ?灰體的 吸收比 與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，在一定溫度下是一個(gè)常數(shù)； ?物體的 發(fā)射率 是物性參數(shù)，與環(huán)境條件無(wú)關(guān)。 假設(shè)在某一溫度下，一灰體與黑體處于熱平衡，按基爾霍夫定律 ?(T)＝ ?(T)； 改變?cè)摶殷w的環(huán)境，使其所受到的輻射不是來(lái)自同溫下的黑體輻射，但保持其自身溫度不變；仍應(yīng)有 ?(T)＝ ?(T) 。 所以對(duì)于漫灰表面一定有 ?＝ ?。 對(duì)于灰體，不論投入輻射是否來(lái)自黑體，也不論是否處于熱平衡條件，其吸收比恒等于同溫度下的發(fā)射率。 今后討論過(guò)程中 ， 如無(wú)特殊說(shuō)明 ， 均假設(shè)輻射表面具有漫射特性的漫灰表面 。 為了將 Kirchhoff 定律推向?qū)嶋H的工程應(yīng)用，人們考察、推導(dǎo)了多種適用條件，形成了 該定律不同層次上的表達(dá)式。 層 次 數(shù)學(xué)表達(dá)式 成立條件 光譜，定向 光譜，半球 全波段，半球 無(wú)條件， ?為緯度角 漫射表面 與黑體處于熱平衡或?qū)?漫灰表面 ),(),( TT ???????? ?),(),( TT ???? ?)()( TT ?? ?表 82 Kirchhoff 定律的不同表達(dá)式 例、北方深秋季節(jié)的清晨，樹(shù)葉葉面上常常結(jié)霜。試問(wèn)樹(shù)葉上、下去面的哪一面結(jié)霜 ?為什么 ? 答：霜會(huì)結(jié)在樹(shù)葉的上表面。因?yàn)榍宄?，上表面朝向太空，下表面朝向地面。而太空表回的溫度低于攝氏零度，而地球表面溫度一般在零度以上。由于相對(duì)樹(shù)葉下表面來(lái)說(shuō)，其上表面需要向太空輻射更多的能量，所以樹(shù)葉下表面溫度較高，而上表面溫度較低且可能低于零度，因而容易結(jié)霜。 ? 如圖所示的真空輻射爐，球心處有一黑體加熱元件，試指出①，②，③ 3處中何處定向輻射強(qiáng)度最大 ?何處輻射熱流最大 ?假設(shè)①，②，②處對(duì)球心所張立體角相同。 答：由黑體輻射的蘭貝特定律知，定向輻射強(qiáng)度與方向無(wú)關(guān)。故 Il＝ I2=I3。而三處對(duì)球心立體角相當(dāng)，但與法線(xiàn)方向夾角不同， θ 1＞ θ 2＞θ 3。所以①處輻射熱流最大，③處最小。 答：由黑體輻射的蘭貝特定律知，定向輻射強(qiáng)度與方向無(wú)關(guān)。故 Il＝ I2=I3。而三處對(duì)球心立體角相當(dāng)，但與法線(xiàn)方向夾角不同， θ 1＞ θ 2＞ θ 3。所以①處輻射熱流最大，③處最小。 【 例 】 如圖所示的真空輻射爐，球心處有一黑體加熱元件，試指出①，②，③ 3處中何處定向輻射強(qiáng)度最大 ?何處輻射熱流最大 ?假設(shè)①，②，②處對(duì)球心所張立體角相同。
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