【正文】 石油工程傳熱學(xué) 思考 一鐵塊放入高溫爐中加熱，從輻射的角度分析鐵塊的顏色變化過程 用它可測(cè)定太空星體表面溫度，也可用來選擇對(duì)特定地物的監(jiān)測(cè)波段，如火災(zāi)檢測(cè)。 描述了黑體輻射力隨表面溫度的變化規(guī)律。 石油工程傳熱學(xué) ??? 21?? ? ?dEE bb黑體輻射函數(shù) 定義： 在 0~λ的波長范圍內(nèi)黑體發(fā)出的輻射能在其輻射力中所占份額 。 黑體在波長 λ1和 λ2區(qū)段內(nèi)所發(fā)射的輻射力： 石油工程傳熱學(xué) ( 0 ~ ) 0( 0 ~ ) 4bbbbbEdEFET???????? ?黑體輻射函數(shù) 定義： 在 0~λ的波長范圍內(nèi)黑體發(fā)出的輻射能在其輻射力中所占份額 ， Fb(0~λ) 。 ()LL? ?? 常 量 它說明黑體的定向輻射力隨天頂角 ?呈余弦規(guī)律變化。 黑體輻射能在空間不同方向上的分布不均勻：法向最大，切向最?。榱悖? 2） 定向輻射強(qiáng)度與方向無關(guān)的表面 —— 漫射表面 3） 對(duì)黑體輻射強(qiáng)度的理解：相當(dāng)于 “ 燈泡亮度 ” ， 即從不同方向看過去 ， 其亮度都是一樣的 。 ２ 、 Planck定律 ：描述黑體在某一溫度下向半球空間所有方向輻射的能量沿波長分布的規(guī)律 ， 即只對(duì)方向積分 ， 但研究的是某一波長 。 對(duì)黑體而言 ， 輻射強(qiáng)度是常數(shù) 。 53 黑體表面間的輻射傳熱與角系數(shù) 石油工程傳熱學(xué) ? 表面 1發(fā)出的輻射能－ Eb1A1 ? 表面 2發(fā)出的輻射能－ Eb2A2 ? 二者相減是不是它們之間的換熱量？ ? 為什么？ 石油工程傳熱學(xué) 在表面面積 、 溫度確定的條件下 ， 表面 1發(fā)出的輻射能未必全部落到表面 2上 ， 同樣表面 2發(fā)出的輻射能未必全部落到表面 1上 ? 表面相對(duì)位置不同，黑體發(fā)出的輻射能落到對(duì)方上的數(shù)量是不同的 —— 因?yàn)楸砻媸窍蚱渖系陌肭蚩臻g發(fā)射的 石油工程傳熱學(xué) ? 兩個(gè)表面之間的輻射換熱量與兩個(gè)表面之間的相對(duì)位置有很大關(guān)系 表面相對(duì)位置的影響 ?a圖中兩表面無限接近，相互間的換熱量最大； ?b圖中兩表面位于同一平面上，相互間的輻射換熱量為零。 角系數(shù)是進(jìn)行輻射換熱計(jì)算時(shí)空間熱阻的主要組成部分 。 石油工程傳熱學(xué) 二、角系數(shù)的性質(zhì) ? 研究角系數(shù)的性質(zhì)是用代數(shù)法（代數(shù)分析法）求解角系數(shù)的前提。 石油工程傳熱學(xué) 角系數(shù)的完整性 1,13,12,11,1 ????? nXXXX ?角系數(shù)的完整性 注： 若表面 1為非凹表面時(shí)， X1,1=0；若表面 1為凹表面， 11 0X ?，???niiX1,1 1角系數(shù)的有界性 01ijX??， 石油工程傳熱學(xué) 如圖：從表面 1上發(fā)出而落到表面 2上的總能量，等于落到表面 2上各部分的輻射能之和： 角系數(shù)的分解性 (可加性 ) bbabb XEAXEAXEA 2,1112,1112,111 ??ba XXX 2,12,12,1 ??如把表面 2進(jìn)一步分成若干小塊，則有 ???niiXX12,12,1角系數(shù)的可加性 石油工程傳熱學(xué) 三、確定角系數(shù)的方法 ? 從角系數(shù)的定義出發(fā)直接求得 ? 積分法 ? 查曲線法 ? 代數(shù)分析法 ? 投影法（幾何圖形法） T2 T1 石油工程傳熱學(xué) (1)三個(gè)非凹表面組成的封閉系統(tǒng) 圖 823 三個(gè)非凹表面組成的封閉系統(tǒng) 四、用代數(shù)法求角系數(shù) 石油工程傳熱學(xué) 1112,31,33,21,23,12,1??????XXXXXX2,333,221,333,111,222,11XAXAXAXAXAXA???由角系數(shù)完整性 由角系數(shù)相對(duì)性 A3 A2 A1 三表面封閉空間角系數(shù)的確定 石油工程傳熱學(xué) 上述方程解得： 21323,232313,113212,1222AAAAXAAAAXAAAAX?????????由于垂直黑板方向的長度相同，則有： 21232,112313,113212,1222llllXllllXllllX????????? 石油工程傳熱學(xué) (2)任意兩個(gè)非凹表面間的角系數(shù) 如圖：表面和假定在垂直于紙面的方向上表面的長度是無限延伸的 ， 只有封閉系統(tǒng)才能應(yīng)用角系數(shù)的完整性 ， 為此作輔助線 ac和 bd， 與 ab、cd一起構(gòu)成封閉腔 。注意：這里所謂的交叉線和不交叉線都是指虛擬面斷面的線，或者說是輔助線。 由角系數(shù)的可分性 X2， 1＋ 3＝ X2， 1＋ X2， 3可得到： X2， 1＝ X2， 1＋ 3－ X2， 3。 石油工程傳熱學(xué) 二 兩黑體表面間的輻射換熱 ? 確定了角系數(shù)之后，結(jié)合斯蒂芬 波爾茲曼定律可以很方便的求出兩個(gè)黑體表面之間的凈換熱量 ? ?2b1b21121 EEXA , ???? ?2b1b122 EEXA , ??1 , 2 1 1 1 , 2 2 2 2, 1bbE A X E A X? ? ? 石油工程傳熱學(xué) ? ?2b1b21121 EEXA , ??? ? ?2b1b122 EEXA , ??寫成電學(xué)中歐姆定律表達(dá)式的形式 b 1 b 2 b 1 b 21 , 21 1 , 2 2 2 , 111E E E EA X A X??? ? ?1 1,21AX 相當(dāng)于電阻 , 稱為 空間輻射熱阻 2 2,11AX 石油工程傳熱學(xué) 167。 一、實(shí)際物體 石油工程傳熱學(xué) 發(fā)射率 ε ? 同溫度下，黑體發(fā)射熱輻射的能力最強(qiáng)； ? 真實(shí)物體表面的發(fā)射能力低于同溫度下的黑體 ? 發(fā)射率 (也稱為 黑度 )?： 相同溫度下，實(shí)際物體的輻射力與黑體輻射力之比 : 4TEEEb ?? ??實(shí)驗(yàn)證明：實(shí)際物體的輻射力并不嚴(yán)格地與溫度的四次方成比例，為了計(jì)算方便，將偏差考慮到 ε中。 Wavelength Direction (angle from the surface normal) 石油工程傳熱學(xué) 石油工程傳熱學(xué) 定向發(fā)射率 ： 實(shí)際物體的定向輻射強(qiáng)度與黑體的定向輻射強(qiáng)度之比： 定向發(fā)射率 εφ 定向發(fā)射力 ： 在數(shù)值上為單位輻射面積在單位時(shí)間內(nèi)向某一方向單位立體角內(nèi)發(fā)射的輻射能 pdEd Ad????? ?/ c o s c o s/ c o sc o speepbb b bebdE E L Ld A ddE E LLd A d? ? ? ???? ?? ??????? ? ? ? ??? 石油工程傳熱學(xué) ? ? ? ?? ? ,Tε ,T ,TbEE??????? 對(duì)于指定波長，而在方向上平均的情況，則定義了 光譜發(fā)射率 ， 即 實(shí)際物體的光譜輻射力與黑體的光譜輻射力之比 光譜發(fā)射率 ελ 石油工程傳熱學(xué) 幾種金屬導(dǎo)體在不同方向上的定向發(fā)射率?(? )(t=150℃ ) 石油工程傳熱學(xué) 幾種非導(dǎo)電體材料在不同方向上的定向發(fā)射率?(? )(t=0~℃ ) 石油工程傳熱學(xué) 某一溫度下，實(shí)際物體的定向輻射強(qiáng)度在各方向上的變化是不規(guī)則的。 基本為常數(shù)；然后隨著 φ↑， εφ↑；接近 90 176。 基本為常數(shù)；后 φ ↑εφ↓ 石油工程傳熱學(xué) ? 半球空間的平均發(fā)射率（半球發(fā)射率、發(fā)射率） ? 粗糙物體： ? 表面光滑的非金屬物體 ： ? 高度磨光的金屬物體： ? 一般情況下，近似認(rèn)為，大多數(shù)工程材料可以認(rèn)為是漫反射表面。這說明發(fā)射率只與發(fā)射輻射的物體本身有關(guān)，而不涉及外界條件。 石油工程傳熱學(xué) 我們看到的常溫物體呈現(xiàn)某一顏色，解釋這一現(xiàn)象。光譜吸收比隨波長的變化體現(xiàn)