傳輸原理教案?jìng)鳠崾泄_(kāi)課獲獎(jiǎng)?wù)n件

1、 本章概括： 1. 熱輻射是物體因本身溫度，以電磁波形式向外界發(fā)射能量現(xiàn)象，是熱量傳遞三種基本方式之一。 2. 研究熱輻射意義：在當(dāng)代科學(xué)技術(shù)許多傳熱過(guò)程中，輻射換熱起著主要，甚至是主導(dǎo)作用，需要進(jìn)行準(zhǔn)確輻射換熱計(jì)算。 3. 本章主要內(nèi)容：（1）輻射概念；基本定律；（2）黑體；實(shí)際物體輻射換熱計(jì)算辦法； （3）氣體輻射特點(diǎn)。 第二篇 ：熱量傳播第十章 輻射換熱 p2181第1頁(yè)第1頁(yè)10.1 熱輻射基本概念1. 熱輻射本質(zhì)（1）輻射物體中分子（原子）受激發(fā)而以電磁波形式釋放能量現(xiàn)象，稱為輻射。電磁波攜帶能量稱為輻射能。（2）任何物體都隨時(shí)向周圍空間發(fā)射電磁波，因熱原因，以電磁波方式釋放能量，即

2、熱輻射。（3）只要物體溫度高于絕對(duì)零度，就會(huì)產(chǎn)生熱輻射。以熱輻射方式進(jìn)行物體間熱量傳遞，稱為輻射換熱。（4）輻射換熱中伴隨能量轉(zhuǎn)換：物質(zhì)受熱激發(fā)起原子復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而向外以電磁波形式發(fā)射并傳播能量。接受這種電磁波物體又將吸取輻射能轉(zhuǎn)變成熱能。2第2頁(yè)第2頁(yè)2. 輻射換熱與導(dǎo)熱、對(duì)流換熱有本質(zhì)區(qū)別： （1）熱輻射所發(fā)射輻射能取決于物體溫度，溫度越高，輻射越強(qiáng)。（2）熱輻射不依賴于物質(zhì)媒介作用，是一個(gè)非接觸傳熱方式，因此熱輻射是真空中唯一傳遞熱量方式。3第3頁(yè)第3頁(yè)3. 電磁波譜 （波長(zhǎng)）K下列，熱輻射波長(zhǎng)普通位于0.38100 m，其中大部分位于0.7620 m熱射線：能被物體吸取而轉(zhuǎn)變成熱能輻射

3、線稱作熱射線。熱射線包括紫外線，可見(jiàn)光和紅外線三個(gè)波段?？梢?jiàn)光: 0.4 0.78 m紫外線: 10-2 0.4 m紅外線: 0.8 50 m4第4頁(yè)第4頁(yè)3 吸取率，反射率，穿透率 設(shè)輻射到物體表面總能量 Q，其中：物體吸取Q, 反射Q, 穿透Q， 則有：Q= Q+Q+Q 即：令 則 + + = 1(吸取率)(反射率)(穿透率)5第5頁(yè)第5頁(yè)注意幾點(diǎn)：（1）固體、液體在其表面下1m1mm之間能夠?qū)⑤椛淠芪⊥戤?，并且轉(zhuǎn)化為熱能。（2）實(shí)際厚度普通 遠(yuǎn)不小于此，能夠認(rèn)為固液體不能透過(guò)熱輻射，熱輻射所有被吸取或者反射，穿透率=0，即 + = 1（3）對(duì)固體和液體輻射、吸取、反射特性影響原因：物體

4、表面材料性質(zhì)、表面狀態(tài)、覆蓋層厚度、溫度等。 （4）輻射能反射情況決定于熱輻射波長(zhǎng)與表面不平整尺寸相對(duì)大小。 時(shí)，屬于鏡面反射。（5）氣體輻射和吸取在整個(gè)容器中進(jìn)行，氣體對(duì)輻射能幾乎沒(méi)有反射能力（吸取一部分，穿透一部分）。6第6頁(yè)第6頁(yè)10.2 黑體輻射1. 黑體吸取率1 物體叫 絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱黑體。反射率1 物體叫 鏡體。（漫反射，絕對(duì)白體）穿透率1 物體叫 絕對(duì)透明體，簡(jiǎn)稱為 “透明體”。黑體是抱負(fù)態(tài)，自然界中沒(méi)有天然黑體，人工可制造靠近于黑體模型。3. 黑度（發(fā)射率） 令黑體輻射力Eb， 實(shí)際物體輻射力E Eb 稱物體黑度（發(fā)射率）。0 12. 輻射力 (E) （又叫 “輻射照度”）單位

5、時(shí)間內(nèi)，單位表面積向表面半球空間所有方向發(fā)射所有波長(zhǎng)總輻射能。（量剛：W/m2）7第7頁(yè)第7頁(yè)10.3 輻射基本定律10.3.1. 普朗克定律 （Plangck, 1900）C1 3.74310-6C2 1.438710-2 某溫度下：普郎克定律表明：黑體輻射能按照波長(zhǎng)分布規(guī)律?；蛘哒f(shuō)黑體單色輻射力Eb隨波長(zhǎng)和溫度而改變函數(shù)。觀測(cè)上圖：每條曲線下面積表示某個(gè)溫度下黑體輻射力。輻射力 Eb 隨黑體溫度升高而增大。（10-8）黑體輻射能與波長(zhǎng)、溫度關(guān)系依據(jù)式（10-8）繪制而成。8第8頁(yè)第8頁(yè)利用Wien位移定律，測(cè)得黑體表面最大單色輻射力波長(zhǎng)m時(shí)，就能夠由之估算出表面溫度。10.3.2 維恩(W

6、ien)位移定律黑體輻射中, 能量最大波長(zhǎng)m與絕對(duì)溫度成反比。例： 太陽(yáng)輻射m0.5m， T2.910-3 / 0.510-65800K (太陽(yáng)表面溫度)9第9頁(yè)第9頁(yè)10. 3. 3 斯特藩（Stefan）-玻爾茲曼（Boltzman）定律C0黑體輻射系數(shù)應(yīng)用： 利用 Stefan-Boltzman定律，只要知道黑體表面溫度，即可求出黑體在該溫度下輻射力。(10-8) 帶入（10-9）得到：積分上式得 斯特藩玻爾茲曼定律（10-11）：10第10頁(yè)第10頁(yè)10.3.4. 基爾霍夫 (Kirchhoff) 定律實(shí)際物體1（非黑體） 包在黑體大空腔內(nèi)，兩者處于熱平衡。對(duì)于非黑體物1，黑體投來(lái)輻射

7、為Eb，非黑體吸取率為，非黑體吸取了Eb，非黑體輻射出E1。兩者達(dá)到平衡。由1任意性，得：1基爾霍夫 (Kirchhoff) 定律結(jié)論： 體系處于熱平衡時(shí)，任何物體輻射力E 和 吸取率 比值，恒等于同溫度下黑體輻射力。與物性無(wú)關(guān)，而僅僅取決于溫度。（10-13）（基爾霍夫定律表示式）11第11頁(yè)第11頁(yè)基爾霍夫 (Kirchhoff) 定律推論： 物體發(fā)射力和吸取率成正比。吸取力越大則輻射力也越大。（反之亦然） 相同溫度下，黑體輻射力最強(qiáng)。又因因此吸取率 黑度 熱平衡時(shí)，物體對(duì)黑體輻射吸取率等于同溫度下該物體黑度。（10-13 基爾霍夫定律）12第12頁(yè)第12頁(yè)10.3.5. 蘭貝特(Lamb

8、ert)定律-黑體輻射能在空間分布(1) 定向輻射強(qiáng)度 Ip （輻射強(qiáng)度）在單位時(shí)間、單位可見(jiàn)面積、單位立體角內(nèi)，輻射能量叫做定向輻射強(qiáng)度。Qp 為任意p方向(與法線夾角)上輻射熱流率。是立體角（球面上表面積與球半徑平方之比）。13第13頁(yè)第13頁(yè)（1）能夠證實(shí)，IpIm =In=I （黑體定向輻射強(qiáng)度）（10-16）即：黑體定向輻射強(qiáng)度在半球各個(gè)方向上相等。（10-15）（10-17 余弦定律）黑體面積發(fā)生輻射能落到空間不同方向單位立體角中能量值與方向與表面法線這間夾角余弦成正比。（余弦定律）（2）14第14頁(yè)第14頁(yè)證實(shí)：輻射物體遵守蘭貝特定律時(shí)，輻射力是任何方向上定向輻射強(qiáng)度倍。底面上微

9、元輻射面dF， 在球面上任意輻射方向p，取面積微元dFs，則與發(fā)射方向p垂直輻射面面積為dFcos。立體角d。單位時(shí)間dF在p方向輻射能為dQp。因此：圖示：半球半徑為r0, 此半球覆蓋在輻射微元面dF所在平面上。15第15頁(yè)第15頁(yè)單位時(shí)間，dF對(duì)半球表面所有方向總輻射能為：另一方面，QEdF因此，E =I。得出（3）E =I ，符合蘭貝特定律黑體表面，輻射力 是任意方向上定向輻射強(qiáng) 度 倍。16第16頁(yè)第16頁(yè)10.4 實(shí)際物體輻射與吸取10.4.1. 實(shí)際物體輻射特性(1). 實(shí)際物體輻射與絕對(duì)黑體不同。(2). 黑體單色輻射力Eb隨波長(zhǎng)連續(xù)光滑地改變。而實(shí)際物體單色輻射力E隨波長(zhǎng)和溫度

10、發(fā)生不規(guī)則改變。 實(shí)際E T2面1失去能量：面2得到能量：12換熱：(1)(2)(3)36第36頁(yè)第36頁(yè)由于換熱僅發(fā)生在 1, 2之間，因此Q(1,2凈) Q(1) Q(2)由(1), (2), (3), (4)，得 (4)Eb1J1J2Eb2表面熱阻表面熱阻空間熱阻Q37第37頁(yè)第37頁(yè)兩平行無(wú)限大灰體平板 P.231： （不考慮端部逸出能量，一個(gè)表面輻射能量完全落入另一表面） 可視為 F1=F2F，且1,22,11令s 1，系統(tǒng)黑度（發(fā)射率）則38第38頁(yè)第38頁(yè)若板間有遮熱板3：串聯(lián)。穩(wěn)定期有Eb1 J1 J3 Eb3 J3 J2 Eb2Q39第39頁(yè)第39頁(yè)多表面間灰體輻射網(wǎng)絡(luò)解法：P.236如圖，三灰體表面構(gòu)成封閉系統(tǒng)Eb1 J1 J2 Eb2J3Eb3節(jié)點(diǎn)方程式：P.236， (10-41)(10-43)看 P.236 例題40第40頁(yè)第40頁(yè)拉線法擬定兩表面間角系數(shù)（垂直圖面方向長(zhǎng)度無(wú)限延伸）作輔助線ac, bd, cb, ad面積比用長(zhǎng)度比代替同理41第41頁(yè)第41頁(yè)10.8 氣體輻射 p2381. 氣體輻射與吸取特性與分子結(jié)構(gòu)相關(guān);對(duì)波長(zhǎng)有選擇性;反射率為零;在整個(gè)容積中進(jìn)行 。氣體輻射與吸取與氣體形狀和容積相關(guān)。42第42頁(yè)第42頁(yè)氣體吸取定律貝爾定律：積分x0 處入射單色輻射強(qiáng)度入射輻射通過(guò)厚度為 x