传热学第七章.ppt

§7-1 热辐射的基本概念
1. 热辐射特点
(1) 定义：由热运动产生的，以电磁波形式传递的能量；
(2) 特点：a 任何物体，只要温度高于0 K，就会不停地向四周空间发出热辐射；b 可以在真空中传播；c 伴随能量形式的转变；d 具这样，前面定义的半球总放射率则可以写为：
半球总放射率是对全部方向和全部波长下的平均
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对应于黑体的辐射力Eb，光谱辐射力Eb和定向辐射强度L，分别引入了三个修正系数，即，放射率，光谱放射率( )和定向放射率( )，其表达式和物理意义如下
实际物体的辐射力与黑体辐射力之比:
实际物体的光谱辐射力与黑体的光谱辐射力之比：
实际物体的定向辐射强度与黑体的定向辐射强度之比：
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漫放射的概念：表面的方向放射率 () 与方向无关，即定向辐射强度与方向无关，满足上诉规律的表面称为漫放射面，这是对大多数实际表面的一种很好的近似。
图7-15 几种金属导体在不同方向上的定向放射率( )(t=150℃)
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图7-16 几种非导电体材料在不同方向上的定向放射率( )(t=0~℃)
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前面讲过，黑体、灰体、白体等都是志向物体，而实际物体的辐射特性并不完全与这些志向物体相同，比如，(1)实际物体的辐射力与黑体和灰体的辐射力的差别见图7-14；(2) 实际物体的辐射力并不完全与热力学温度的四次方成正比；(3) 实际物体的定向辐射强度也不严格遵守Lambert定律，等等。全部这些差别全部归于上面的系数，因此，他们一般须要试验来确定，形式也可能很困难。在工程上一般都将真实表面假设为漫放射面。
图7-14 实际物体、黑体和灰体的辐射能量光谱
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本节中，还有几点须要留意
将不确定因素归于修正系数，这是由于热辐射特别困难，很难理论确定，事实上是一种权宜之计；
听从Lambert定律的表面成为漫射表面。虽然实际物体的定向放射率并不完全符合Lambert定律，但仍旧近似地认为大多数工程材料听从Lambert定律，这有很多缘由；
物体表面的放射率取决于物质种类、表面温度和表面状况。这说明放射率只与放射辐射的物体本身有关，而不涉及外界条件。
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§7-4 实际固体的吸取比和基尔霍夫定律
上一节简洁介绍了实际物体的放射状况，那么当外界的辐射投入到物体表面上时，该物体对投入辐射吸取的状况又是如何呢？本节将对其作出解答。
Semi-transparent medium
Absorptivity deals with what happens to _______________________________, while emissivity deals with _____________________
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1. 投入辐射：单位时间内投射到单位表面积上的总辐射能
2. 选择性吸取：投入辐射本身具有光谱特性，因此，实际
物体对投入辐射的吸取实力也依据其波长的不同而变
化，这叫选择性吸取
3. 吸取比：物体对投入辐射所吸取的百分数，通常用表
示，即
首先介绍几个概念：
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(4) 光谱吸取比：物体对某一特定波长的辐射能所吸取的百分数，也叫单色吸取比。光谱吸取比随波长的变更体现了实际物体的选择性吸取的特性。
图7-17和7-18分别给出了室温下几种材料的光谱吸取比同波长的关系。
图7-17 金属导电体的光谱吸取比同波长的关系
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图7-18 非导电体材料的光谱吸取比同波长的关系
灰体：光谱吸取比与波长无关的物体称为灰体。此时，不管投入辐射的分布如何，吸取比都是同一个常数。
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依据前面的定义可知，物体的吸取比除与自身表面性质的温度有关外，还与投入辐射按波长的能量分布有关。设下标1、2分别代表所探讨的物体和产生投入辐射的物体，则物体1的吸取比为
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图7-18给出了一些材料对黑体辐射的吸取比与温度的关系。
如果投入辐射来自黑体，由于 ，则上式可变为
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图7-19 物体表面对黑体辐射的吸取比与温度的关系
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物体的选择性吸取特性，即对有些波长的投入辐射吸取多，而对另一些波长的辐射吸取少，在实际生产中利用的例子很多，但事情往往都具有双面性，人们在利用选择性吸取的同时，也为其伤透了脑筋，这是因为吸取比与投入辐射波长有关的特性给工程中辐射换热的计算带来巨大麻烦，对此，一般有两种处理方法，即
灰体法，即将光谱吸取比 () 等效为常数，即 = () = const。并将()与波长无关的物体称为灰体，与黑体类似，它也是一种志向物体，但对于大部分工程问