熱輻射基本定律及物體的輻射特性-在線瀏覽
2024-11-10 16:40本頁面
【正文】 TTfTETTETTbb??????????????????圖 618給出了一些材料對黑體輻射的吸收比與溫度的關(guān)系。并將 ?(?)與波長無關(guān)的物體稱為灰體 ，與黑體類似，它也是一種理想物體，但對于大部分工程問題來講，灰體假設(shè)帶來的誤差是可以容忍的； (2)譜帶模型法 ，即將所關(guān)心的連續(xù)分布的譜帶區(qū)域劃分為若干小區(qū)域，每個小區(qū)域被稱為一個譜帶，在每個譜帶內(nèi)應(yīng)用灰體假設(shè)。 最簡單的推導(dǎo)是用兩塊無限大平板間的熱力學(xué)平衡方法。該式說明，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。 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式，見表 。 思考題： , 灰體 ? 實際物體在什么樣的條件下可以看成是灰體 ? ,輻射力和定向輻射強度的物理意義 . 它們之間有什么關(guān)系 ? , 吸收率 , 反射率 , 穿透率是怎樣定義的 ? 發(fā)射率和反射率有何不同 ? . 近紅外 , 遠紅外輻射概念 . . , 而不涉及外部條件 . 因此 , 發(fā)射率可看成是物性 . 但是吸收率與外界條件有關(guān) . 為什么對于灰體 ,吸收率也可看成是物性 , 并等于發(fā)射率 ? . 試考慮一下它在自然科學(xué) 及工程應(yīng)用中的作用 . . 作業(yè)： 63， ， 68， ， 619， 623， 626 167。角系數(shù)的概念是隨著固體表面輻射換熱計算的出現(xiàn)與發(fā)展 ，于 20世紀 20年代提出的 ， 它有很多名稱 ， 如 ， 形狀因子 、 可視因子 、 交換系數(shù)等等 。 值得注意的是 ， 角系數(shù)只對漫射面 (既漫輻射又漫發(fā)射 )、 表面的發(fā)射輻射和投射輻射均勻的情況下適用 。 下面介紹角系數(shù)的概念及表達式 。 即 (2)有效輻射 ：單位時間內(nèi)離開單位面積的總輻射能為該表面的有效輻射 ， 參見圖 。G為投射輻射 。 從這個概念我們可以得出角系數(shù)的應(yīng)用是有一定限制條件的 ，即 漫射面 、 等溫 、 物性均勻 () (2) 微元面對微元面的角系數(shù) 如圖 ，黑體微元面 dA1對微元面 dA2的角系數(shù)記為 Xd1,d2，則根據(jù)前面的定義式有 22121b11112,1c osc osddEddc osrAAALX bdd ???? ???類似地有 22111,2 c osc osdrAXdd ????(3) 微元面對面的角系數(shù) 由角系數(shù)的定義可知，微元面 dA1對面 A2的角系數(shù)為 圖 兩微元面間的輻射 () ???????????2222,112,112,12,1 A ddAddddA ddd XX?? 1 1,21,2 A ddd XX(4) 面對面的角系數(shù) 面 A1對面 A2的角系數(shù) X1,2以及面 A2對面 A1的角系數(shù) X2,1分別為 ? ?? ? ??1 21 212,112212112,1 d1ddc osc os1A A ddA A AXArAAAX ???微元面 dA2對面 A1的角系數(shù)則為 ? ?? ? ??1 21 221,222212121,2 d1ddc osc os1A A ddA A AXArAAAX ???() () () () 12,111222112b111221b11b1111b112,112,12,1dA1dAdc o sc o s1dAc o sdc o sdAdAdc o s1 21 21 211 211 2? ?? ?? ??? ??? ????????????A AddA AA AAA AAdA AddXArAArLAALLLX????????2. 角系數(shù)性質(zhì) 根據(jù)角系數(shù)的定義和諸解析式，可導(dǎo)出角系數(shù)的代數(shù)性質(zhì)。 ? ?? ? ??1 21 212,112212112,1 d1ddc osc os1A A ddA A AXArAAAX ???? ?? ? ??1 21 221,222212121,2 d1ddc osc os1A A ddA A AXArAAAX ???????????niin XXXXX1,1,13,12,11,1 1?上式稱為角系數(shù)的完整性。 ???niiXX12,12,1值得注意的是，上圖中的表面 2對表面 1的角系數(shù)不存在上述的可加性。 直接積分法的結(jié)果見公式()~()。 代數(shù)分析法 是利用角系數(shù)的各種性質(zhì) ， 獲得一組代數(shù)方程 ， 通過求解獲得角系數(shù) 。 下面以三個非凹表面組成的封閉系統(tǒng)為例 ， 如圖 ， 面積分別為 A1， A2和 A3 ， 則根據(jù)角系數(shù)的相對性和完整性得 : 2,333,222,31,31,333,113,21,21,222,113,12,1111XAXAXXXAXAXXXAXAXX?????????通過求解這個封閉的方程組，可得所有角系數(shù)，如 X1,2為 : 圖 三個非凹表面組成的封閉系統(tǒng) 13212,1 2 AAAAX ???若系統(tǒng)橫截面上三個表面的長度分別為 l1， l2和 l3，則上式可寫為 13212,1 2 llllX ???下面考察兩個表面的情況，假想面如圖 ，根據(jù)完整性和上面的公式，有 : 圖 兩個非凹表面及假想面組成的封閉系統(tǒng) abadbdabXabbcacabXXXXbdabacabbdabacabcdab221,?????????解方程組得 : 的斷面長度表面不交叉線之和交叉線之和1, 22)()(AabbdacadbcXcdab ???????該方法又被稱為 交叉線法 。 被透明介質(zhì)隔開的兩固體表面間的輻射換熱 本節(jié)將給出兩個穩(wěn)態(tài)輻射換熱的例子，即分別由等溫的兩黑體或等溫的兩漫灰體組成的封閉系統(tǒng)內(nèi)的表面間輻射換熱。所采用的方法稱為 “ 凈熱量 ” 法。 下面在假設(shè)表面物性和溫度已知的情況下 ， 考察 J與表面凈輻射換熱量之間的關(guān)系 ， 為計算漫灰表面間的輻射換熱作準(zhǔn)備 。如圖 ，兩個表面的凈換熱量為 的部分面的部分面效輻射到達表效輻射到達表發(fā)出的有表面發(fā)出的有表面12211,2222,1112,1????? XJAXJA根據(jù)下式及能量守恒有 ?????????????????????????????????1,22,11,2222222,1111111111??bbEAAJEAAJ(d) qEJ b )11( ??? ?于是有 2222,11111212,1 111AXAAEE bb???? ???????圖 兩個物體組成的輻射換熱系統(tǒng) ?????? ????????? ?????11111)(2212,11211
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