上海交通大学：《传热学》课程教学资源（PPT课件讲稿）第七章 热辐射基本定律及物体的辐射特性

第七章热辐射基本定律及 物体的辐射特性 第七章、热辐射基本定律及物体的 辐射特性

第七章 热辐射基本定律及物体的 辐射特性 1 第七章 热辐射基本定律及 物体的辐射特性

§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0K,就会不停地向周 围空间发出热辐射;b可以在真空中传播;c伴随能量形 式的转变;d具有强烈的方向性;e辐射能与温度和波长 均有关;f发射辐射取决于温度的4次方。 2.电磁波谱 电磁辐射包含了多种形式,如图7-1所示,而我们所感兴趣 的,即工业上有实际意义的热辐射区域一般为0.11004m。 电磁波的传播速度: CEfA 式中:f一频率,s-1;A一波长,pm 第七章热辐射基本定律及物体的 辐射特性

第七章 热辐射基本定律及物体的 辐射特性 2 §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，就会不停地向周 围空间发出热辐射；b 可以在真空中传播；c 伴随能量形 式的转变；d 具有强烈的方向性；e 辐射能与温度和波长 均有关；f 发射辐射取决于温度的4次方。 2. 电磁波谱 电磁辐射包含了多种形式，如图7-1所示，而我们所感兴趣 的，即工业上有实际意义的热辐射区域一般为0.1~100μm。 电磁波的传播速度： c = fλ 式中：f — 频率，s-1; λ— 波长，μm

电磁辐射波谱 热射线一 紫蓝绿黄红 y射线 紫外线S1 红外线 无线电波 X射线 见光 010-510-410-310-210 1010210310 波长减/pm 图7-1 第七章热辐射基本定律及物体的 辐射特性

第七章 热辐射基本定律及物体的 辐射特性 3 电 磁 辐 射 波 谱 图7-1

3.物体对热辐射的吸收、反射和穿透 当热辐射投射到物体表面上时,一般 会发生三种现象,即吸收、反射和穿 透,如图7-2所示。 Q Q=9+9+9→O Q QQ Q a+p+7=1 图7.2物体对热辐射 的吸收反射和穿透 第七章热辐射基本定律及物体的 辐射特性

第七章 热辐射基本定律及物体的 辐射特性 4 当热辐射投射到物体表面上时，一般 会发生三种现象，即吸收、反射和穿 透，如图7-2所示。 1 1 + + =    = + +  + + =          Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q 3. 物体对热辐射的吸收、反射和穿透 图7.2物体对热辐射 的吸收反射和穿透

对于大多数的固体和液体:x=0,a+p=1 对于不含颗粒的气体: 尸=0,c+z=1 对于黑体: 镜体或白体: 透明体: 反射又分镜反射和漫反射两种 1 01=02 7777777 图7-3镜反射 图7-4漫反射 第七章热辐射基本定律及物体的 辐射特性

第七章 热辐射基本定律及物体的 辐射特性 5 对于大多数的固体和液体： 对于不含颗粒的气体： 对于黑体： 镜体或白体：  =1  =1  =1  = 0,  +  =1  = 0,  + =1 透明体： 反射又分镜反射和漫反射两种 图7-3 镜反射 图7-4 漫反射

§7-2黑体辐射的基本定律 1.黑体概念 黑体:是指能吸收投入到其面 上的所有热辐射能的物体,是 种科学假想的物体,现实生 活中是不存在的。但却可以人 工制造出近似的人工黑体。 图7-5黑体模型 第七章热辐射基本定律及物体的 辐射特性

第七章 热辐射基本定律及物体的 辐射特性 6 1.黑体概念 黑体：是指能吸收投入到其面 上的所有热辐射能的物体，是 一种科学假想的物体，现实生 活中是不存在的。但却可以人 工制造出近似的人工黑体。 图7-5 黑体模型 §7-2 黑体辐射的基本定律

2.热辐射能量的表示方法 辐射力E 单位时间内,物体的单位表面积向半球空间发射的所有 波长的能量总和。(W/m2); 光谱辐射力Ex 单位时间内,单位波长范围内(包含某一给定波长),物 体的单位表面积向半球空间发射的能量。(W/m); E、EA关系:显然,E和EA之间具有如下关系: Ex元 黑体一般采用下标b表示,如黑体的辐射力为Eb, 黑体的光谱辐射力为EbA 第七章热辐射基本定律及物体的 辐射特性

第七章 热辐射基本定律及物体的 辐射特性 7 辐射力E： 单位时间内，物体的单位表面积向半球空间发射的所有 波长的能量总和。 (W/m2)； 光谱辐射力Eλ： 单位时间内，单位波长范围内(包含某一给定波长)，物 体的单位表面积向半球空间发射的能量。 (W/m3)； 2.热辐射能量的表示方法 E、Eλ关系: 显然， E和Eλ之间具有如下关系： E E d   = 0 黑体一般采用下标b表示，如黑体的辐射力为Eb， 黑体的光谱辐射力为Ebλ

3黑体辐射的三个基本定律及相关性质 (1) Planck定律(第一个定律): b /( 式中,一波长,m;7一黑体温度,K 第一辐射常数,3.742×1016W 2一第二辐射常数,14388×102WK; isible radiaton 图7-6是根据上式描绘的黑 7=2898mK 体光谱辐射力随波长和温 5800K 度的依变关系 λm与T的关系由Wen位移 定律给出, 0.1O.20.40.6 T=28976×10-3m·K 图7-6 Planck定律的图示 第七章热辐射基本定律及物体的 辐射特性

第七章 热辐射基本定律及物体的 辐射特性 8 3.黑体辐射的三个基本定律及相关性质 1 ( ) 5 1 2 − = − b c T e c E    式中，λ— 波长，m ； T — 黑体温度，K ； c1— 第一辐射常数，3.742×10-16 Wm2； c2 — 第二辐射常数，1.4388×10-2 WK； (1)Planck定律(第一个定律)： 图7-6是根据上式描绘的黑 体光谱辐射力随波长和温 度的依变关系。 λm与T 的关系由Wien位移 定律给出， m T =  m K −3  2.8976 10 图7-6 Planck 定律的图示

(2) Stefan- Boltzmann定律(第二个定律) cas b E bn o c/(T dn=oT 式中,σ=567×108w/(m2K4),是 Stefan- Boltzmann常数 (3)黑体辐射函数 黑体在波长λ1和A2区段 内所发射的辐射力,如图 △Eb 7-7所示: △E =E2 图7-7特定波长区段内的 黑体辐射力 第七章热辐射基本定律及物体的 辐射特性

第七章 热辐射基本定律及物体的 辐射特性 9 (2)Stefan-Boltzmann定律(第二个定律)：  =  2 1   Eb Eb d 4 0 ( ) 5 1 0 1 2 d T e c E E d b b c T       = − =  =  −  式中，σ= 5.67×10-8 w/(m2K4)，是Stefan-Boltzmann常数。 (3)黑体辐射函数 黑体在波长λ1和λ2区段 内所发射的辐射力，如图 7-7所示： 图7-7 特定波长区段内的 黑体辐射力

黑体辐射函数: Eldh b(A1-12) elan b EL dn- ELd, b b ELan b60-2)-b0-)=f(27)-f(417) (4)立体角 定义:球面面积除以球半径的平方称为立体角,单位: sr(球面度),如图7-8和79所示: de sin ededoe 第七章热辐射基本定律及物体的 10 辐射特性

第七章 热辐射基本定律及物体的 辐射特性 10 定义：球面面积除以球半径的平方称为立体角，单位： sr(球面度)，如图7-8和7-9所示： sin d d d d 2  = = r Ac (4)立体角 黑体辐射函数: ( ) ( ) 1 1 (0 ) (0 ) 2 1 0 0 4 4 0 ( ) 2 1 2 2 1 1 2 1 1 2 F F f T f T E d E d T E d T E d E d F b b b b b b b b                         = − = −       = = = − − − −      