熱輻射基本定律(3)課件

1、關(guān)于熱輻射的基本定律 (3)第一張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)對(duì)流換熱部分主要內(nèi)容：對(duì)流換熱分析（分析法、類比法、實(shí)驗(yàn)法）單相流體對(duì)流換熱凝結(jié)與沸騰換熱基本定律： 牛頓冷卻定律主要任務(wù)： 求解表面換熱系數(shù)h及換熱量重點(diǎn)：準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式的應(yīng)用第二張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22傳熱學(xué) 李瓊3第八章 熱輻射的基本定律Basic Law of Thermal Radiation第三張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)相同室溫，冬夏穿著不同。深秋，樹葉向上一面結(jié)霜。輻射應(yīng)用實(shí)例第四張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)

2、作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)鍋爐爐膛火焰與水冷壁輻射換熱輻射應(yīng)用實(shí)例第五張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)地板輻射采暖輻射應(yīng)用實(shí)例第六張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)太陽能的利用主要有兩大方向：轉(zhuǎn)化為熱能和轉(zhuǎn)化為電能。 輻射應(yīng)用實(shí)例第七張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)倫敦“零碳館”第八張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)輻射干燥機(jī) 輻射應(yīng)用實(shí)例第九張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)熱輻射與導(dǎo)熱、對(duì)

3、流換熱的區(qū)別機(jī)理上本質(zhì)不同：在導(dǎo)熱與對(duì)流過程中，能量傳遞依靠介質(zhì)微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)和宏觀運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)；熱輻射中，能量的傳遞依靠電磁波傳遞實(shí)現(xiàn)，并伴隨有能量形式的轉(zhuǎn)化；研究方法不同： 電磁輻射的物理基礎(chǔ)熱輻射的基本定律理想物體和實(shí)際物體的輻射特性物體間輻射換熱量計(jì)算第十張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué) 第一節(jié) 基本概念一. 熱輻射的本質(zhì)和特點(diǎn)1、定義和本質(zhì)：輻射：以電磁波傳遞能量的過程。熱輻射：由于自身溫度或熱的原因而發(fā)生的電磁波傳遞。 熱輻射是電磁波，它就由一般電磁波的共性，即它是以光速在空間傳播的。有下列關(guān)系成立：第十一張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月

4、2022/9/22李瓊傳熱學(xué)分析：式中： 在真空中c=3.0108m/s;h=6.6310-34Js不同波長(zhǎng)、不同頻率的電磁波具有不同的能量；輻射能即電磁波或光子所運(yùn)載的能量；波粒二重性（電磁波理論和量子理論）；研究方法：以量子理論為基礎(chǔ)的微觀方法（主要用于解釋物體的發(fā)射與吸收特性）；以能量守恒為基礎(chǔ)的宏觀方法（主要用于輻射換熱計(jì)算）。第十二張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)第十三張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)分析上圖：熱輻射的主要波譜：0.1100m 熱效應(yīng)顯著，稱為熱射線，包括可見光線、部分紅外和紫外線；可見光：0

5、.380.76m紫外、倫琴射線：0.38m紅外線：0.76100m地球上大部分物體2000K，大部分能量在0.7620m，可見光段內(nèi)熱輻射比重不大；太陽：5762K，主要能量集中在0.22m，可見光段內(nèi)熱輻射很大比重。第十四張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)2、特點(diǎn)：不依賴物體的接觸而進(jìn)行熱量傳遞，可以在真空中傳播；伴隨能量形式的兩次轉(zhuǎn)變：發(fā)射：內(nèi)能電磁波吸收：電磁波內(nèi)能任何物體，只要溫度高于0 K，就會(huì)不停地向周圍空間發(fā)出熱輻射；第十五張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)第十六張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月20

6、22/9/22李瓊傳熱學(xué)當(dāng)熱輻射投射到物體表面上時(shí)，一般會(huì)發(fā)生三種現(xiàn)象，即吸收、反射和穿透，如圖所示。二、物體對(duì)熱輻射的吸收、反射和穿透 第十七張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)1、吸收比、反射比和穿透比 稱為物體的吸收比，表示投射的總能量中被吸收的能量所占份額；稱為物體的反射比，表示被反射的能量所占份額； 稱為物體的穿透比，表示被透射的能量所占份額；如果投射能量是某一波長(zhǎng)下的輻射能，上述關(guān)系同樣適用；、 、 是物體表面的輻射特性，和物體的性質(zhì)、溫度及表面狀況有關(guān)。第十八張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)對(duì)于大多數(shù)的固體和

7、液體：對(duì)于純氣體（不含顆粒）：分析：1)熱射線的吸收和反射幾乎都在表面進(jìn)行。 2)物體全波長(zhǎng)特性參數(shù)與投射過來的輻射能波長(zhǎng)分布有關(guān)；3)就工程材料而言，善于吸收的表面，就不善于反射。分析：1)氣體的吸收和輻射是在整個(gè)氣體容積中進(jìn)行。 2)氣體的吸收和穿透特性與氣體內(nèi)部特征有關(guān)，與其表面狀況無關(guān)；3)善于吸收的氣體，就不善于透射，反之亦然。第十九張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)反射又分鏡反射和漫反射兩種：鏡反射漫反射鏡面反射：入射角=反射角，表面粗糙度波長(zhǎng)一般工程材料的表面較粗糙，接近漫反射。第二十張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22

8、李瓊傳熱學(xué)鏡體或白體：透明體：黑體： 黑體不是黑色物體； 黑體，鏡體和透明體并不存在。人工可以制造十分接近黑體(內(nèi)表面6%的小孔，0.996)的模型。 黑體如同不可壓流體、可逆循環(huán)等一樣，是一種理想化的研究方法。2、理想輻射模型：第二十一張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué) 應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：鏡反射和漫反射。一般工程材料均形成漫反射。物體的顏色。關(guān)鍵在于是物體本身發(fā)射可見光還是物體反射可見光。理想輻射模型均是對(duì)全波長(zhǎng)而言的。第二十二張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)三、定向輻射強(qiáng)度和定向輻射力1、 立體角 平面角如圖，s為

9、弧長(zhǎng)，r為半徑。=s/r （rad） 立體角如圖，一個(gè)半球，在球面上取一個(gè)小面積，在這個(gè)面積周邊向球心做射線，則這些射線所包圍的空間即為立體角。立體角的度量用球面度。rs 平面角定義圖第二十三張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)如圖，在半球上割下一塊微元面積dA2，則dA2對(duì)應(yīng)的立體角為微元立體角為清楚起見，將這個(gè)立體角放大，即：半圓：半球：第二十四張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)目的：輻射能按方向分布比較基礎(chǔ)：相同的立體角 相同的可見表面積 定義：在某給定輻射方向上，單位時(shí)間、單位可見輻射面積、單位立體角內(nèi)所發(fā)射全部波長(zhǎng)

10、的能量。用I表示，單位： W/(m2Sr)為可見輻射面積。 其中：2、定向輻射強(qiáng)度(Intensity of radiation) ： 第二十五張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)可見輻射面積的重要性第二十六張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)光譜定向輻射強(qiáng)度： 指在某給定方向上，單位時(shí)間、單位可見輻射面積，在波長(zhǎng)附近的單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)、單位立體角所發(fā)射的能量，稱為光譜定向輻射強(qiáng)度（單色定向輻射強(qiáng)度），符號(hào)為I，單位為W/(m2m Sr )。 第二十七張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)3、輻射

11、力定向輻射力E ：在某給定方向上，單位輻射面積、在單位立體角內(nèi)所發(fā)射全波長(zhǎng)的能量，稱為定向輻射力，符號(hào)為E，單位為W/(m2sr)。 定向輻射力與定向輻射強(qiáng)度關(guān)系：第二十八張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)輻射力E：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，物體的單位表面積向半球空間發(fā)射的所有波長(zhǎng)的能量總和。 (W/m2)；光譜輻射力E： 光譜定向輻射力E，：第二十九張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)黑體：是指能吸收投入到其面上的所有熱輻射能的物體，是一種科學(xué)假想的物體，現(xiàn)實(shí)生活中是不存在的。但卻可以人工制造出近似的人工黑體。 黑體模型第二節(jié) 熱輻射的

12、基本定律第三十張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)一. Planck定律(第一個(gè)定律)：式中： 波長(zhǎng)，m ；T 黑體溫度，K ；c1 第一輻射常數(shù)，3.74210-16 Wm2；c2 第二輻射常數(shù)，1.43910-2 WK； Planck 定律的圖示第三十一張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)分析：Planck定律揭示了黑體輻射光譜的變化規(guī)律；在某一波長(zhǎng)上，黑體光譜輻射力會(huì)達(dá)到一個(gè)峰值，對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)稱為峰值波長(zhǎng)；曲線與橫坐標(biāo)圍成的面積表示黑體輻射力的大?。籱與T 的關(guān)系由Wien位移定律給出：第三十二張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2

13、022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)二.Stefan-Boltzmann定律(第二個(gè)定律)：式中，b= 5.6710-8 w/(m2K4)，是Stefan-Boltzmann常數(shù)。針對(duì)黑體發(fā)射的能量對(duì)半球空間所有方向及全部波長(zhǎng)范圍而言；描述黑體輻射力Eb隨T的變化規(guī)律；依據(jù)：1879年，Stefan實(shí)驗(yàn)； 1884年，Boltzmann熱力學(xué)理論； 現(xiàn)可直接由Plank定律導(dǎo)出。第三十三張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)黑體在波長(zhǎng)1和2區(qū)段內(nèi)所發(fā)射的輻射力，如圖所示：特定波長(zhǎng)區(qū)段內(nèi)的黑體輻射力 黑體輻射函數(shù)（計(jì)算某一波段的輻射能）第三十四張，PPT共七十

14、六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)黑體輻射函數(shù)：黑體在0波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射能在其輻射力中所占的份額。例8-2；8-3黑體輻射函數(shù)見表8-1某一波段內(nèi)輻射能份額：第三十五張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)試分別計(jì)算溫度為1000K、1400K、3000K、6000K時(shí)可見光和紅外輻射在黑體總輻射中所占的份額。輻射與顏色的關(guān)系： 夏天穿白色衣服涼快，因?yàn)槲覀兾盏氖翘栞椛?0.2-2 m)可見光占比例很大。 地球上物體的輻射不同，因溫度低（2000K以下） ，多與顏色無關(guān)。例題：第三十六張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/

15、22李瓊傳熱學(xué)三. Lambert 定律(黑體輻射的第三個(gè)基本定律)描述黑體輻射能量沿半球空間方向的變化規(guī)律；漫表面：既是漫輻射又是漫反射。漫輻射：物體發(fā)射的輻射強(qiáng)度與方向無關(guān)的性質(zhì)；漫反射：反射的輻射強(qiáng)度與方向無關(guān)的性質(zhì)；漫表面的性質(zhì)：發(fā)射和反射輻射強(qiáng)度與方向無關(guān)；Lambert 定律：表明：黑體表面具有漫輻射性質(zhì)，在半球空間各個(gè)方向上的輻射強(qiáng)度相等。I與方向無關(guān)。第三十七張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)漫輻射表面定向輻射力與輻射強(qiáng)度間關(guān)系表明：?jiǎn)挝惠椛涿娣e上發(fā)出的輻射能落到空間不同方向單位立體角內(nèi)的能量是不等的，其值正比于該方向與輻射面法線夾角的余弦；

16、法線方向的定向輻射力最大，切線方向最小，但其定向輻射強(qiáng)度卻相同；除黑體外，只有漫輻射表面才遵守蘭貝特定律。第三十八張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)輻射力E與定向輻射強(qiáng)度的關(guān)系漫輻射表面的輻射力是任意方向定向輻射強(qiáng)度的倍。 該定律描述了黑體及漫輻射表面定向輻射力按空間方向的分布變化規(guī)律。 第三十九張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)思考題暖氣取暖時(shí)與方向有關(guān)，太陽輻射與方向有關(guān)，是否與Lamberts Law 相矛盾？（黑體在任何方向上的定向輻射強(qiáng)度與方向無關(guān)） 答：將定向輻射強(qiáng)度定義變形得輻射能： 人與暖氣的距離不變時(shí)，d

17、=const，dA=const，I=const，角度不同，cos不同，當(dāng)=0時(shí)，輻射面獲得的能量最多。故I與方向無關(guān)，而d（）與方向有關(guān)。第四十張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)例題8-4思路分析：A1A2輻射，求投入輻射能。 求得G A1A2l第四十一張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)例題8-4A1A2xld偏移x距離 x=0.19m 第四十二張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)黑體小結(jié)黑體輻射力Eb由四次方定律確定，黑體輻射能量按波長(zhǎng)分布服從Plancks Law,按空間方向分布則服從

18、Lamberts Law；黑體的光譜輻射力Eb有峰值，對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)max由Weins Law確定。隨溫度T升高,max向短波移動(dòng)。第四十三張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)黑體的輻射特性和吸收特性輻射特性：漫射體性質(zhì)向半球空間各個(gè)方向發(fā)射的輻射強(qiáng)度是均勻的；輻射能隨cos變化；在規(guī)定的溫度下，黑體發(fā)射的輻射能按波長(zhǎng)分布不均勻；和其他任何物體比較，以黑體發(fā)射的輻射能最多；吸收特性吸收率：表示物體吸收投射輻射的能力黑體1第四十四張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)四. 實(shí)際固體和液體的輻射特性1、 發(fā)射率前面定義了黑體的發(fā)射特性：

19、同溫度下，黑體發(fā)射熱輻射的能力最強(qiáng)，包括所有方向和所有波長(zhǎng)；真實(shí)物體表面的發(fā)射能力低于同溫度下的黑體；因此，定義了發(fā)射率 (也稱為黑度) ：相同溫度下，實(shí)際物體的半球總輻射力與黑體半球總輻射力之比:第四十五張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)上面公式只是針對(duì)方向和波長(zhǎng)平均的情況，但實(shí)際上，真實(shí)表面的發(fā)射能力是隨方向和波長(zhǎng)變化的。WavelengthDirection (angle from the surface normal)第四十六張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)因此，我們需要定義光譜定向發(fā)射率，對(duì)于某一指定的方向(,

20、 ) 和波長(zhǎng)對(duì)上面公式在所有波長(zhǎng)范圍內(nèi)積分，可得到方向總發(fā)射率，即實(shí)際物體的定向發(fā)射率：第四十七張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)對(duì)于指定波長(zhǎng)，而在方向上平均的情況，則定義了半球光譜發(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如果已知某物體的發(fā)射率，則該物體的輻射力為：第四十八張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)漫發(fā)射的概念：表面的定向發(fā)射率 與方向無關(guān)，即定向輻射強(qiáng)度與方向無關(guān)，滿足上訴規(guī)律的表面稱為漫發(fā)射面，這是對(duì)大多數(shù)實(shí)際表面的一種很好的近似。幾種金屬導(dǎo)體在不同方向上的定向發(fā)射率( )(t=150)2、定向發(fā)射

21、率與漫射表面 第四十九張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)幾種非導(dǎo)電體材料在不同方向上的定向發(fā)射率(t=093.3)第五十張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)但從圖中可以看出，金屬在=0-40o、非金屬在=0-60o的單色發(fā)射率基本為常數(shù)，所以較為粗糙的實(shí)際物體表面可作為漫射表面處理，但其發(fā)射率應(yīng)做如下修正： （非金屬） （磨光金屬表面） 實(shí)際物體輻射方向修正第五十一張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)各朝向輻射同性的表面稱為漫輻射表面， f()；f()符合蘭貝特余弦定律；定向吸收比與空間方向

22、無關(guān)。輻射力符合四次方定律：E=Eb=Eb一般較為粗糙的實(shí)際物體表面可作為漫射表面處理。漫射表面：第五十二張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)3、光譜輻射率與灰體 實(shí)際材料表面的光譜輻射力不遵守普朗克定律，或者說不同波長(zhǎng)下光譜發(fā)射率隨波長(zhǎng)的變化比較大，并且不規(guī)則。某一溫度下，實(shí)際物體的單色輻射力隨波長(zhǎng)的變化是不規(guī)則的。但工程上，實(shí)際物體一般可用灰體近似替代。第五十三張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)灰體：灰體：是指物體光譜輻射力與同溫度黑體光譜輻射力隨波長(zhǎng)的變化曲線相似，或它的單色發(fā)射率不隨波長(zhǎng)變化，即： f()；f()輻射

23、是連續(xù)的光譜：E=Eb,輻射力符合四次方定律：E=Eb=Eb一般實(shí)際物體表面在紅外線波長(zhǎng)范圍內(nèi)，可以近似作為灰體處理。 第五十四張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)(1)實(shí)際物體的輻射力與黑體和灰體的輻射力的差別見圖；(2)實(shí)際物體的輻射力并不完全與熱力學(xué)溫度的四次方成正比；(3)實(shí)際物體的定向輻射強(qiáng)度也不嚴(yán)格遵守Lambert定律，實(shí)際物體、黑體和灰體的輻射能量光譜因此，他們一般需要實(shí)驗(yàn)來確定，形式也可能很復(fù)雜。在工程上一般都將真實(shí)表面假設(shè)為漫射表面。實(shí)際物體在紅外波段范圍內(nèi)可近似視為灰體。實(shí)際物體的輻射特性第五十五張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月

24、2022/9/22李瓊傳熱學(xué)將不確定因素歸于修正系數(shù)，這是由于熱輻射非常復(fù)雜，很難理論確定，實(shí)際上是一種權(quán)宜之計(jì)；服從Lambert定律的表面成為漫射表面。雖然實(shí)際物體的定向發(fā)射率并不完全符合Lambert定律，但仍然近似地認(rèn)為大多數(shù)工程材料服從Lambert定律，這有許多原因；物體表面的發(fā)射率取決于物質(zhì)種類、表面溫度和表面狀況。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。注意第五十六張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)五. 基爾霍夫定律 上一節(jié)簡(jiǎn)單介紹了實(shí)際物體的發(fā)射情況，那么當(dāng)外界的輻射投入到物體表面上時(shí)，該物體對(duì)投入輻射吸收的情況又是如何呢

25、？本節(jié)將對(duì)其作出解答。Semi-transparent medium第五十七張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)1.投入輻射：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)投射到單位表面積上的總輻射能。 2.選擇性吸收：投入輻射本身具有光譜特性，因此，實(shí)際物體對(duì)投入輻射的吸收能力也根據(jù)其波長(zhǎng)的不同而變化，這叫選擇性吸收。3.吸收比：物體對(duì)投入輻射所吸收的百分?jǐn)?shù)，通常用表示，即首先介紹幾個(gè)概念：（實(shí)際物體的吸收特性）第五十八張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)4 光譜吸收比：物體對(duì)某一特定波長(zhǎng)的輻射能所吸收的百分?jǐn)?shù)。光譜吸收比隨波長(zhǎng)的變化體現(xiàn)了實(shí)際物體的選擇性吸收

26、的特性?；殷w：光譜吸收比與波長(zhǎng)無關(guān)的物體稱為灰體。此時(shí)，不管投入輻射的分布如何，吸收比都是同一個(gè)常數(shù)。第五十九張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)根據(jù)前面的定義可知，物體的吸收比除與自身表面性質(zhì)的溫度有關(guān)外，還與投入輻射按波長(zhǎng)的能量分布有關(guān)。設(shè)下標(biāo)1、2分別代表所研究的物體和產(chǎn)生投入輻射的物體，則物體1的吸收比為第六十張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)如果投入輻射來自黑體，由于 ，則上式可變?yōu)榈诹粡?，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)基爾霍夫定律推導(dǎo)：第六十二張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2

27、022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)如圖所示，板1是黑體，板2是任意物體，參數(shù)分別為Eb, T1 以及E, , T2，則當(dāng)系統(tǒng)處于熱平衡時(shí)，有 平行平板間的輻射換熱表明在熱平衡條件下，表面單色定向發(fā)射率等于它的單色定向吸收率?；鶢柣舴蚨赏茖?dǎo)：第六十三張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)整個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)；如物體的吸收比和發(fā)射率與溫度有關(guān)，則二者只有處于同一溫度下的值才能相等；投射輻射源必須是同溫度下的黑體。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(dá)式，見下表。該式具有如下限制：第六十四

28、張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)層 次數(shù)學(xué)表達(dá)式成立條件光譜，定向光譜，半球全波段.定向全波段，半球無條件，為天頂角漫射表面灰表面與黑體處于熱平衡或?qū)β冶砻鍷irchhoff 定律的不同表達(dá)式(1)漫射表面：指發(fā)射或反射的定向輻射強(qiáng)度與空間方向無關(guān)，即符合Lambert定律的物體表面；(2)灰體：指單色吸收率與波長(zhǎng)無關(guān)的物體，其發(fā)射和吸收輻射與黑體在形式上完全一樣，只是減小了一個(gè)相同的比例。第六十五張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)本章小結(jié)基本概念： 黑體、漫射表面、灰體、漫-灰表面、發(fā)射率、吸收比、輻射強(qiáng)度、輻射力基

29、本定律普朗克定律斯蒂芬-玻爾茲曼定律蘭貝特余弦定律基爾霍夫定律第六十六張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)例題練習(xí)例題1：=與=的區(qū)別是什么？答：區(qū)別在于=的適用條件為灰體表面，而=的適用條件為漫射表面。第六十七張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)例題2、應(yīng)用維恩定律解釋金屬加熱過程的顏色變化。答：維恩定律maxT=2897.6 mK表明，物體隨著溫度T的升高，max向波長(zhǎng)減小的方向移動(dòng)。金屬發(fā)射的能譜中可見光部分的份額越來越多，其可見光中的短波部分也越來越多，因而感覺到金屬加熱過程隨著T升高顏色由黑逐漸變?yōu)榘导t、橘紅、鮮紅，

30、甚至白亮色。例題練習(xí)第六十八張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)例題練習(xí)例題3、試從熱輻射觀點(diǎn)分析，用電爐來烘烤某一工件，把工件放在電爐的正上方熱得快還是放在電爐的邊沿?zé)岬每?？為什么？答：雖然不論是放在上方，還是放在邊沿，工件被輻射照射面積相同，所張立體角也相同，但一個(gè)是法向，一個(gè)是成角的偏向，而E=Encos，所以工件放在電爐正上方(即法向)得到的輻射熱多，熱得快。第六十九張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)例題4、實(shí)際物體表面的發(fā)射率和吸收比主要受哪些因素影響？答：發(fā)射率與物體本身的性質(zhì)(種類)、表面狀況、溫度及方向有關(guān)。吸收比與物體的種類、表面狀況及溫度有關(guān)，而且與入射的波長(zhǎng)有關(guān)。例題練習(xí)第七十張，PPT共七十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/22李瓊傳熱學(xué)例題5、何謂“漫灰表面”？ 有何實(shí)際意義？答：1）“漫灰表面”是研究實(shí)際物體表面時(shí)建立的理想體模型。 2）漫輻射、漫反射指物體表面在輻射、反射時(shí)各方向相同?；冶砻媸侵冈谕粶囟认?/p>