傳熱學(xué)問答題

1、熱輻射基本定律部分日期:2006-3-3 22:58:42 來(lái)源：來(lái)自網(wǎng)絡(luò)查看:大中小作者：不詳 熱度：2504、基本概念主要包括熱輻射基本概念及名詞解釋、黑體輻射基本定律、實(shí)際物體輻射特性及其應(yīng)用1、北方深秋季節(jié)的清晨，樹葉葉面上常常結(jié)霜。試問樹葉上、下去面的哪一面結(jié)箱？為什么？答：霜會(huì)結(jié)在樹葉的上表面。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?攝氏零度，而地球表面溫度一般在零度以上。由于相對(duì)樹葉下表面來(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。處中何處定向輻射強(qiáng)度最2、如圖所示的真空輻射爐，球心處有一

2、黑體加熱元件，試指出，3 大?何處輻射熱流最大？假設(shè)，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11 =12=1 3。而三處對(duì)球心立體角相當(dāng), 但與法線方向夾角不同，e2> e 3。所以處輻射熱流最大，處最小。3、有一臺(tái)放置于室外的冷庫(kù)，從減小冷庫(kù)冷量損失的角度岀發(fā)，冷庫(kù)外殼顏色應(yīng)涂成深色還是淺色 答：要減少冷庫(kù)冷損，須盡可能少地吸收外界熱量，而盡可能多地向外釋放熱量。因此冷庫(kù)敗取較淺的顏色，從而使吸收的可見光能量較少，而向外發(fā)射的紅外線較多。4、何謂“漫一灰表面” ？ 有何實(shí)際意義 ？答：“漫一灰表面”是研究實(shí)際物體表面時(shí)建立的理想體模型.漫輻

3、射、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.“漫一灰表面”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 ,并在紅外線波長(zhǎng)范圍內(nèi)近似看作灰體 .從而可將基爾霍夫定 律應(yīng)用于輻射換熱計(jì)算中。5、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姷降奈矬w的顏色，是由于物體對(duì)可見光的反射造成的.紅色物體正是由

4、于它對(duì)可見光中的黃、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 £、=a,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。6、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 （可見光射線等 ） 從窗口進(jìn)入室內(nèi)時(shí)在室內(nèi)經(jīng)過多次反復(fù)吸 收、反射 ， 只有極少的可見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

5、以我們就覺得窗口里面黑洞洞 的.7、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,=生根據(jù)基爾霍夫定律，a入=£入 L I即為同一波長(zhǎng)線與線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。1、白天，投射到一大的水平屋頂上的太陽(yáng)照度G = 1100W/m2，室外空氣溫反ti = 27C，有風(fēng)吹過時(shí)空氣與屋頂?shù)谋砻鎮(zhèn)鳠嵯?/p>

6、數(shù)為h = 25W/(m2 K),屋頂下表面絕熱，上表面發(fā)射率占=0.2，且對(duì)太陽(yáng)輻a射的吸收比 J = 0.6。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。2、解：如圖所示,穩(wěn)態(tài)時(shí)屋頂?shù)臒崞胶猓?J- J- I 八 -對(duì)流散熱量' ': ' '1 '輻射散熱量- T，-''11_太陽(yáng)輻射熱量嘰=0.6x1100 =代入（1）中得-：-'二” -I'-1T - 321 5T = 4P采用試湊法，解得_- C2、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

7、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。Jt/pm解：先計(jì)算總吸收比。_分&顯兄_ fl兀必十嚴(yán)色獗a _ E五=o.8fl=0.8x0.8608 + 0.1x(1- 1).8608)= o 7026單位面積上所吸收的太陽(yáng)能：'：/1：'"'''':T '3、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。0解:"MA 1%制，J»4為為2勵(lì)以，即:° 1 K+ 04 x （尺

8、3 -耳一V ） + 02x （JJjM57 = 5x1500= 750 啦匕 3T = 3x1500= 4500/jAJ? = 1500/A查教材 P208表 8-1 得，4 = °-°13&垃也=O= 0 8344E 二企二 0.2756x5 6BxW0x 1500* =7511x10*2J m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。熱射線的波長(zhǎng)范圍是0.1 100 n

9、 m,其中0.76 n m以上的紅外輻射，4口 m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

10、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) （ 過去習(xí)慣稱為“單色”，現(xiàn)在按國(guó)標(biāo)一律稱“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

11、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)形式叫（“只門=a2 （"職I）i七址抵豐障曲«（r）=c（r）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)特性上滿足式-