物理輻射及輻射傳熱學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1物理物理(wl)輻射及輻射傳熱輻射及輻射傳熱第一頁，共101頁。第1頁/共101頁第二頁，共101頁。v表面(biomin)1發(fā)出的輻射能Eb1A1v表面(biomin)2發(fā)出的輻射能Eb2A2v二者相減是不是它們(t men)之間的換熱量？v為什么？第2頁/共101頁第三頁，共101頁。 在表面面積(min j)、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上第3頁/共101頁第四頁，共101頁。v兩種極端(jdun)的情形第4頁/共101頁第五頁，共101頁。v大多數(shù)情況是介于二者之間的特殊(tsh)情形第5頁/共101頁第六頁

2、，共101頁。1 2121X離開表面 并投落到表面 上的輻射能離開表面 的總輻射能第6頁/共101頁第七頁，共101頁。v從表面(biomin)2發(fā)出的并投落到表面(biomin)1的輻射能為 111 2bAEX222 1bA EX兩個(lin )表面以輻射的方式交換的熱量為 (12)111 2222 1bbbE A XE A X角系數(shù)怎么得到？6.3.1 黑體間輻射換熱的計(jì)算（上）第7頁/共101頁第八頁，共101頁。 122122112, 1coscos1AAdAdArAX 122122121 , 2coscos1AAdAdArAX根據(jù)角系數(shù)和定向(dn xin)輻射強(qiáng)度的定義，并利用蘭貝

3、特定律第8頁/共101頁第九頁，共101頁。v（1）角系數(shù)(xsh)純是幾何因子 122122112, 1coscos1AAdAdArAX條件(tiojin)：漫射表面、表面溫度均勻（不均勻應(yīng)看成不 同表面）v取決于表面的幾何形狀、大小和相對(xingdu)位置v與物體的種類、溫度、表面狀況及是否是黑體表面無關(guān)6.3.2 角系數(shù)及計(jì)算2 角系數(shù)的性質(zhì)第9頁/共101頁第十頁，共101頁。 122122112, 1coscos1AAdAdArAX1 201X11 222 1A XA X 122122121 , 2coscos1AAdAdArAXv（3）互換性原理(yunl)（相對性）-Recip

4、rocity 6.3.2 角系數(shù)及計(jì)算(j sun)2 角系數(shù)的性質(zhì)第10頁/共101頁第十一頁，共101頁。XXXXXi jiii ijni n,12116.3.2 角系數(shù)(xsh)及計(jì)算2 角系數(shù)(xsh)的性質(zhì)第11頁/共101頁第十二頁，共101頁。1 21 21 2abXXX2 12121abXXX此式成立(chngl)否？6.3.2 角系數(shù)及計(jì)算(j sun)1 角系數(shù)的性質(zhì)第12頁/共101頁第十三頁，共101頁。22 1221221aabbA XA XA X2 12121abXXX此式不成立(chngl)！222 122212221aabbE A XE A XE A X直接的可

5、加性只針對(zhndu)角系數(shù)的第二個角碼對第一個角碼實(shí)施可加性時需要考慮(kol)各自的面積6.3.2 角系數(shù)及計(jì)算1 角系數(shù)的性質(zhì)第13頁/共101頁第十四頁，共101頁。12121,21221coscos1d dAAXA AAr 四重積分，數(shù)學(xué)(shxu)上存在困難！6.3.2 角系數(shù)(xsh)及計(jì)算3 角系數(shù)(xsh)的計(jì)算第14頁/共101頁第十五頁，共101頁。6.3.2 角系數(shù)(xsh)及計(jì)算3 角系數(shù)(xsh)的計(jì)算第15頁/共101頁第十六頁，共101頁。非凹表面(biomin) 1 12 23 30XXX根據(jù)(gnj)角系數(shù)的完整性 A XA XA11 211 31,A X

6、A XA22 122 32,A XA XA33133 23,6.3.2 角系數(shù)及計(jì)算3 角系數(shù)的計(jì)算第16頁/共101頁第十七頁，共101頁。根據(jù)(gnj)角系數(shù)的互換性 A XA X11 222 1,A XA X11 3331,A XA X22 333 2,6.3.2 角系數(shù)(xsh)及計(jì)算3 角系數(shù)(xsh)的計(jì)算第17頁/共101頁第十八頁，共101頁。角系數(shù)(xsh)的完整性 角系數(shù)(xsh)的互換性 A XA XA11 211 31,A XA XA22 122 32,A XA XA33133 23,A XA X11 222 1,A XA X11 3331,A XA X22 333 2

7、,6.3.2 角系數(shù)(xsh)及計(jì)算3 角系數(shù)(xsh)的計(jì)算第18頁/共101頁第十九頁，共101頁。XAAAAllll1 21231123122,XAAAAllll1 31321132122,XAAAAllll2 32312231222,6.3.2 角系數(shù)(xsh)及計(jì)算3 角系數(shù)(xsh)的計(jì)算第19頁/共101頁第二十頁，共101頁。作輔助(fzh)面ac、bd，由完整性 XXXacbd1 2111, 作輔助面bc構(gòu)造(guzo)封閉空腔abc 1,2acabacbcXab作輔助面ad構(gòu)造封閉空腔abd 1,2bdabbdadXab6.3.2 角系數(shù)及計(jì)算3 角系數(shù)的計(jì)算第20頁/共1

8、01頁第二十一頁，共101頁。 abbdacbcadX,221的橫斷面線段長度倍表面非交叉線長度之和交叉線長度之和1221,X6.3.2 角系數(shù)(xsh)及計(jì)算3 角系數(shù)(xsh)的計(jì)算第21頁/共101頁第二十二頁，共101頁。11 , 22, 1 XXv凸表面1被另一黑體(hit)凹表面2包圍212 , 1211 , 2AAXAAX12, 1X6.3.2 角系數(shù)及計(jì)算3 角系數(shù)的計(jì)算第22頁/共101頁第二十三頁，共101頁。6.3.2 角系數(shù)(xsh)及計(jì)算3 角系數(shù)(xsh)的計(jì)算第23頁/共101頁第二十四頁，共101頁。（3）查圖法 為便于工程應(yīng)用，已將大量(dling)幾何結(jié)構(gòu)的

9、角系數(shù)求解結(jié)果繪制成曲線 注意：曲線適用的表面在幾何形狀及方位上的要求可查閱傳熱學(xué)手冊、輻射傳熱手冊6.3.2 角系數(shù)(xsh)及計(jì)算3 角系數(shù)(xsh)的計(jì)算第24頁/共101頁第二十五頁，共101頁。第25頁/共101頁第二十六頁，共101頁。第26頁/共101頁第二十七頁，共101頁。第27頁/共101頁第二十八頁，共101頁。2b1b21121EEXA,2b1b122EEXA,1,2111,2222,1bbE A XE A X6.3.3 黑體表面間輻射(fsh)傳熱的計(jì)算（下）第28頁/共101頁第二十九頁，共101頁。2b1b21121EEXA,2b1b122EEXA,寫成電學(xué)中歐姆

10、定律表達(dá)式的形式(xngsh) b1b2b1b21,211,222,111EEEEA XA X11,21A X相當(dāng)于電阻, 稱為(chn wi)空間輻射熱阻 22,11A X6.3.3 黑體表面(biomin)間輻射傳熱的計(jì)算（下）第29頁/共101頁第三十頁，共101頁。6.3.3 黑體表面間輻射傳熱(chun r)的計(jì)算（下）第30頁/共101頁第三十一頁，共101頁。6.3.3 黑體表面(biomin)間輻射傳熱的計(jì)算（下）第31頁/共101頁第三十二頁，共101頁。6.3.3 黑體表面間輻射(fsh)傳熱的計(jì)算（下）第32頁/共101頁第三十三頁，共101頁。NjjibjiiiTTXA

11、144,6.3.3 黑體表面間輻射(fsh)傳熱的計(jì)算（下）第33頁/共101頁第三十四頁，共101頁。6.3.3 黑體(hit)表面間輻射傳熱的計(jì)算（下）第34頁/共101頁第三十五頁，共101頁。(fsh)的反應(yīng)的反應(yīng)n6.4.3 基爾霍夫定律基爾霍夫定律n6.4.4 灰體灰體第35頁/共101頁第三十六頁，共101頁。Planck定律(dngl)第36頁/共101頁第三十七頁，共101頁。第37頁/共101頁第三十八頁，共101頁。第38頁/共101頁第三十九頁，共101頁。bEEbEE實(shí)際(shj)物體的光譜輻射力6.4.1 實(shí)際物體的發(fā)射特性1 實(shí)際物體輻射的波長特性第39頁/共10

12、1頁第四十頁，共101頁。實(shí)際物體的光譜發(fā)射率隨波長(bchng)的變化是不規(guī)則的 第40頁/共101頁第四十一頁，共101頁。00bE dE dbEE發(fā)射率和光譜(gungp)發(fā)射率均為小于1的正數(shù) 04,1bbT ET dT表示實(shí)際物體發(fā)射輻射能的能力接近黑體的程度(chngd)，提供了比較的標(biāo)準(zhǔn) 6.4.1 實(shí)際物體的發(fā)射特性2 實(shí)際物體的輻射力第41頁/共101頁第四十二頁，共101頁。44100bbTEET 與溫度不成四次方關(guān)系(gun x)，偏差歸到發(fā)射率中 發(fā)射率都是溫度的函數(shù)6.4.1 實(shí)際物體(wt)的發(fā)射特性2 實(shí)際物體(wt)的輻射力第42頁/共101頁第四十三頁，共10

13、1頁。發(fā)射率是溫度(wnd)的函數(shù)6.4.1 實(shí)際物體的發(fā)射(fsh)特性2 實(shí)際物體的輻射力第43頁/共101頁第四十四頁，共101頁。6.4.1 實(shí)際物體的發(fā)射(fsh)特性2 實(shí)際物體的輻射力第44頁/共101頁第四十五頁，共101頁。6.4.1 實(shí)際物體(wt)的發(fā)射特性2 實(shí)際物體(wt)的輻射力第45頁/共101頁第四十六頁，共101頁。6.4.1 實(shí)際(shj)物體的發(fā)射特性2 實(shí)際(shj)物體的輻射力第46頁/共101頁第四十七頁，共101頁。6.4.1 實(shí)際物體(wt)的發(fā)射特性2 實(shí)際物體(wt)的輻射力第47頁/共101頁第四十八頁，共101頁。6.4.1 實(shí)際(shj

14、)物體的發(fā)射特性2 實(shí)際(shj)物體的輻射力第48頁/共101頁第四十九頁，共101頁。第49頁/共101頁第五十頁，共101頁。 定向(dn xin)發(fā)射率，定向(dn xin)黑度 bbLLLL注意：實(shí)際物體的定向輻射強(qiáng)度完全(wnqun)是自身發(fā)射的輻射能，不包括投射輻射后反射的部分6.4.1 實(shí)際物體的發(fā)射特性3 實(shí)際物體的方向特性第50頁/共101頁第五十一頁，共101頁。實(shí)際(shj)物體并不是理想的漫射表面定向(dn xin)發(fā)射率在空間的不同方向是不同的6.4.1 實(shí)際物體(wt)的發(fā)射特性3 實(shí)際物體(wt)的方向特性第51頁/共101頁第五十二頁，共101頁。非導(dǎo)體大致在

15、6070范圍內(nèi)，定向發(fā)射率幾乎不變；超過該范圍，逐漸減小；超過70以后(yhu)急劇減小直到為零。 第52頁/共101頁第五十三頁，共101頁。導(dǎo)體低于40。50。，近似為常數(shù)；超出此范圍，先快速增大，最后(zuhu)衰減為零 第53頁/共101頁第五十四頁，共101頁。n6.4.1 實(shí)際(shj)物體的發(fā)射特性3 實(shí)際(shj)物體的方向特性第54頁/共101頁第五十五頁，共101頁。11v物體的吸收(xshu)比、反射比和透射比都是反映物體輻射特性的參數(shù)v物質(zhì)的種類、狀態(tài)、溫度和投入輻射的來源等都會對其產(chǎn)生影響第55頁/共101頁第五十六頁，共101頁。第56頁/共101頁第五十七頁，共1

16、01頁。1 固體和液體(yt)的吸收能力越強(qiáng)，反射能力就越弱；反之亦然 由于固體和液體對投入輻射的吸收和反射都是在表面上進(jìn)行的，物體表面狀況對吸收和反射特性影響很大 第57頁/共101頁第五十八頁，共101頁。1v吸收(xshu)比大的氣體，其穿透性就差第58頁/共101頁第五十九頁，共101頁。第59頁/共101頁第六十頁，共101頁。GG,v式中，G表示(biosh)波長為的投入輻射；G,為投入輻射中被吸收的部分。第60頁/共101頁第六十一頁，共101頁。v吸收比：物體對全波長范圍(fnwi)內(nèi)的投入輻射所吸收的份額GG00ddGG吸收比是在半球方向上進(jìn)行(jnxng)過積分的平均值。

17、光譜吸收比與吸收比的關(guān)系:第61頁/共101頁第六十二頁，共101頁。金屬導(dǎo)電體的光譜(gungp)吸收比與波長的關(guān)系 第62頁/共101頁第六十三頁，共101頁。非金屬材料的光譜吸收比同波長(bchng)的關(guān)系 第63頁/共101頁第六十四頁，共101頁。第64頁/共101頁第六十五頁，共101頁。第65頁/共101頁第六十六頁，共101頁。第66頁/共101頁第六十七頁，共101頁。第67頁/共101頁第六十八頁，共101頁。第68頁/共101頁第六十九頁，共101頁。n白天太陽中的可見光可以通過白天太陽中的可見光可以通過玻璃進(jìn)入暖房，而暖房內(nèi)常溫物體玻璃進(jìn)入暖房，而暖房內(nèi)常溫物體發(fā)出的長

18、波輻射卻難以通過玻璃發(fā)出的長波輻射卻難以通過玻璃第69頁/共101頁第七十頁，共101頁。第70頁/共101頁第七十一頁，共101頁。（3）材料的吸收比還隨著外界物體溫度(wnd)的變化而變化第71頁/共101頁第七十二頁，共101頁。第72頁/共101頁第七十三頁，共101頁。第73頁/共101頁第七十四頁，共101頁。鏡面反射的入射角等于(dngy)反射角漫反射(fnsh)則是物體將從某一方向投射到其表面的輻射能向空間各個方向以相同的強(qiáng)度反射(fnsh)出去第74頁/共101頁第七十五頁，共101頁。第75頁/共101頁第七十六頁，共101頁。第76頁/共101頁第七十七頁，共101頁。第

19、77頁/共101頁第七十八頁，共101頁。第78頁/共101頁第七十九頁，共101頁。第79頁/共101頁第八十頁，共101頁。第80頁/共101頁第八十一頁，共101頁。第81頁/共101頁第八十二頁，共101頁。第82頁/共101頁第八十三頁，共101頁。第83頁/共101頁第八十四頁，共101頁。第84頁/共101頁第八十五頁，共101頁。第85頁/共101頁第八十六頁，共101頁。問題同一表面(biomin)的這兩種性質(zhì)有無聯(lián)系？黑體(hit)：發(fā)射率反映物體發(fā)射輻射能能力大小吸收比反映物體吸收輻射能能力大小實(shí)際物體是否也有這樣的關(guān)系呢？ 第86頁/共101頁第八十七頁，共101頁。板

20、2凈損失(snsh)的能量為 2bqEE板1是黑體(hit) 板2是實(shí)際物體 6.4.3 基爾霍夫定律第87頁/共101頁第八十八頁，共101頁。21TT 0q2bqEEbEE基爾霍夫定律(dngl)6.4.3 基爾霍夫定律(dngl)第88頁/共101頁第八十九頁，共101頁。bEEv熱平衡條件下，物體的發(fā)射率（黑度(hi d)）等于它的吸收比 6.4.3 基爾霍夫定律第89頁/共101頁第九十頁，共101頁。v（2）相同(xin tn)溫度下黑體的輻射力最大bEE6.4.3 基爾霍夫定律第90頁/共101頁第九十一頁，共101頁。 TT此時，保持板2的溫度不變，如果投射(tush)輻射不是來自黑體、系