7-3实际固体和液体的辐射特性 实际物体的辐射不同于黑体。图7-11示出了同温度下某实际 物体和黑体的E=f(x2T)的代表性曲线。图上曲线下的面积分别 表示各自的辐射力。我们把实 际物体的辐射力与同温度下黑 3 体辐射力的比值称为实际物体 =1922K 的发射率(习惯上称为黑度),记 e;=E=1(黑体) 为ε EA=E=0.6(灰体) E E(入)Ebd入 实际物体 (7-20) E b 式中,()=E/Eb为实际物 体的光谱辐射力与同温度下黑 体的光谱辐射力b的比值,称 图7-11FA=f(λ,T) 为实际物体的光谱发射率(又称
7-3 实际固体和液体的辐射特性 实际物体的辐射不同于黑体。图7-11示出了同温度下某实际 物体和黑体的 E = f(,T) 的代表性曲线。图上曲线下的面积分别 表示各自的辐射力。我们把实 际物体的辐射力与同温度下黑 体辐射力的比值称为实际物体 的发射率(习惯上称为黑度)，记 为 4 0 b b T ( )E d E E = = （7-20） 式中， 为实际物 体的光谱辐射力 与同温度下黑 体的光谱辐射力 的比值，称 为实际物体的光谱发射率(又称 = Eb ( ) E / E Eb
单色黑度),它与波长有关 已知发射率,实际物体的辐射力可应用四次方定律确定 T E=EEo=8oT4-5Co 100 (7-21) 说明:实际物体的辐射力并不严格地同热力学温度的四次方成 正比,但要对不同物体采用不同方次的规律来计算,在实用上 很不方便。所以,在工程计算中仍认为一切实际物体的辐射力 都与热力学温度的四次方成正比,而把由此引起的修正包括到 用实验方法确定的发射率中去。由于这个原因,发射率还与温 度有依变关系。 实际物体定向辐射特性亦不尽符合兰贝特定律。为了说明 实际物体不同方向上定向辐射强度的变化,下面给出定向发射率 (又称定向黑度)的定义:
单色黑度)，它与波长有关。 已知发射率，实际物体的辐射力可应用四次方定律确定 4 0 4 0 ) 100 T E = E = T = C ( （7-21） 说明：实际物体的辐射力并不严格地同热力学温度的四次方成 正比，但要对不同物体采用不同方次的规律来计算，在实用上 很不方便。所以，在工程计算中仍认为一切实际物体的辐射力 都与热力学温度的四次方成正比，而把由此引起的修正包括到 用实验方法确定的发射率中去。由于这个原因，发射率还与温 度有依变关系 。 实际物体定向辐射特性亦不尽符合兰贝特定律。为了说明 实际物体不同方向上定向辐射强度的变化,下面给出定向发射率 (又称定向黑度)的定义:
(6) 0)_L() (6)L1 (7-22) 式中L()为与辐射面法向成0m 角的方向上的定向辐射强度,山曾 庑光淫的 而Lb为同温度下黑体的定向辐121080a.0a.a1oa1214 射强度。 图7-12几种金属导体在不同方向上的定向发射率e()(t=150℃) 图7-12和713示出了一些 有代表性的金属导体和非导电 体材料定向发射率的极坐标图 对于服从兰贝特定律的辐射, 定向发射率在极坐标图上应是 1.00.80.60.40.200.20.40.60.81.0 E(6) 潮湿的冰;2一木材;3一玻璃;4-纸 个半圆。两图表明,金属导体 5一粘土 6一氧化铜;7一氧化铝 和非导电体材料定向发射率的 图7-13几种非导电体材料在不同方向上的定向发射率e(0) (t=0~93.3℃) 特性不同
图7-12和7-13示出了一些 有代表性的金属导体和非导电 体材料定向发射率的极坐标图。 对于服从兰贝特定律的辐射， 定向发射率在极坐标图上应是 个半圆。两图表明，金属导体 和非导电体材料定向发射率的 特性不同。 式中， 为与辐射面法向成 角的方向上的定向辐射强度， 而 为同温度下黑体的定向辐 射强度。 b Lb L( ) L ( ) L( ) ( ) = = （7-22） L() Lb
实际物体的定向发射率的变化,并不显著地影响在半 球空间的平麴值。大量实验表明,物体的半球平均发射率与 法向发射率的比值对于高度磨光的金属表面约为120,对其 他具有光滑表面的物体纸00.95,对表面粗糙的物体约为0.98 因此往往不考虑的变化细节,而近似地认为大多数工程材 料也服从兰贝特定律。服从兰贝特定律的表面称为漫射表面 物体表面的发射率取决于物质种类、表面温度和表面状况 这说明发射率只与发射辐射的物体本身特性有关,而不涉及外 界条件。显然,不同种类物质的发射率是各不相同的。例如, 常温下白大理石的发射率为0.95,而镀锌铁皮的发射率只有 0.23。同一物体的发射率又随温度而变化。例如,严重氧化的 铝表面在50和500°的温度下,其发射率分别是02和03
实际物体的定向发射率的变化，并不显著地影响 在半 球空间的平均值 。大量实验表明，物体的半球平均发射率 与 法向发射率 的比值对于高度磨光的金属表面约为1.20，对其 他具有光滑表面的物体约为0.95，对表面粗糙的物体约为0.98。 因此往往不考虑 的变化细节，而近似地认为大多数工程材 料也服从兰贝特定律。服从兰贝特定律的表面称为漫射表面。 物体表面的发射率取决于物质种类、表面温度和表面状况。 这说明发射率只与发射辐射的物体本身特性有关，而不涉及外 界条件。显然，不同种类物质的发射率是各不相同的。例如， 常温下白大理石的发射率为0.95，而镀锌铁皮的发射率只有 0.23。同一物体的发射率又随温度而变化。例如，严重氧化的 铝表面在50 和500 的温度下，其发射率分别是0.2和0.3。 () n () C o C o
表面状况对发射率有很大影响 表7-2常用材料表面的法向发射率 同一金属材料,高度磨光表面的发射 材料类别和表面状况 湿度℃ 法向发射率 磨光的铬 铬镍合金 52-1034 0.64-0.76 率很小,而粗糙表面和受氧化作用后 灰色、氧化的铅 具有光滑的氧化层表皮的俐板 的表面的发射率常常为磨光表面的数 氧化的钢 400-100 0.14-0).38 氧化的铁 125~525 0.78-0.82 倍。例如,在常温下无光泽黄铜的发 光的铜 磨光的黄铜 射率为022,而磨光后黄铜的发射率 无光泽的黄铜 却只有005。大部分非金属材料的发 严重氧化的铝 200-600 0.02~0.03 200-600 0.02-0.03 射率值都很高,一般在0.85-095之 红砖(粗糙表围) 间,且与表面状况(包括颜色在内)的 碳化硅涂料 1010-1400 0.82-0.92 关系不大,在缺乏资料时,可近似地 上釉的瓷件 0.93 抹灰的墙 取作0.90。表7-2列出了一些常用材料 0~400 0.95-0.97 的发射率值。表中所列数值均系法向 各种願色的浩漆 0.92-0.96 厚度大于0,1mm) 发射率Cn°如前所述,对于一般材料, 可把法向发射率近似地作为半球
表面状况对发射率有很大影响。 同一金属材料，高度磨光表面的发射 率很小，而粗糙表面和受氧化作用后 的表面的发射率常常为磨光表面的数 倍。例如，在常温下无光泽黄铜的发 射率为0.22，而磨光后黄铜的发射率 却只有0.05。大部分非金属材料的发 射率值都很高，一般在0.85—0.95之 间，且与表面状况(包括颜色在内)的 关系不大，在缺乏资料时，可近似地 取作0.90。表7-2列出了一些常用材料 的发射率值。表中所列数值均系法向 发射率 如前所述，对于一般材料， 可把法向发射率近似地作为半球 n
平均发射率8,而对于高度磨光的金属表面,可将表中E的值 乘以1.20而得出其半球平均发射率值。材料的发射率由实验测 定,更多的资料可查阅文献。 例题7-4试计算温度处于1400°C的碳化硅涂料表面的辐射力。 解由表7-2查得,碳化硅涂料在1400°C时的8n=0.92,亦即 =0.92。按照式(7-21),其辐射力为 T E=C0( 409kW/m2
例题7-4试计算温度处于1400 的碳化硅涂料表面的辐射力。 解 由表7-2查得,碳化硅涂料在1400 时的 =0.92，亦即 =0.92。按照式(7-21)，其辐射力为 C o C o n 4 2 0 ) 409kW / m 100 T E = C ( = 平均发射率 而对于高度磨光的金属表面，可将表中 的值 乘以1.20而得出其半球平均发射率值。材料的发射率由实验测 定，更多的资料可查阅文献。 , n
74实际物体的吸收比与基尔霍夫定律 单位时间内从外界辐射到物 体单位表面积上的能量称为该物 磨光的铝 b-阳极氧化的铝 体的投入辐射。物体对投入辐射 磨光的铜 所吸收的百分数称为该物体的吸0 收比。 实际物体的吸收比,取决于 0.51 两方面的因素吸收物体本身的 A/um 图716金属导电体的光谱吸收比同波长的关系 情况和投入辐射的特性。所谓物1.c 体的本身情况,系指物质的种类、,0 粉墙面 表面温度和表面状况。物体对某 特定波长的辐射能所吸收的百4 白瓷砖 分数被定义为光谱吸收比。记 白火泥 为(2)图7-16、7-17分别 0.51 图7-17非导电体材料的光谱吸收比同波长的关系
单位时间内从外界辐射到物 体单位表面积上的能量称为该物 体的投入辐射。物体对投入辐射 所吸收的百分数称为该物体的吸 收比。 实际物体的吸收比，取决于 两方面的因素:吸收物体本身的 情况和投入辐射的特性。所谓物 体的本身情况，系指物质的种类、 表面温度和表面状况。物体对某 一特定波长的辐射能所吸收的百 分数被定义为光谱吸收比。记 为 (。图) 7-16、7-17分别 7-4 实际物体的吸收比与基尔霍夫定律
分别示出了金属导电体和非导电体材料在室温下光谱吸收比随 波长的变化 实际物体的光谱吸收比对投入辐射的波长的选择性 )不同物体对同一投入辐射吸收情况不同,取决于物体本身特 点,包括种类,表面温度和表面状况; 2)不同投入辐射取决于发出投入辐射的物体的性质和温度。 因此物体的吸收特性,既物体的吸收比要根据吸收一方和发出 投入辐射一方两方的性质和温度来确定。 设下标1、2分别代表所研究的物体及产生投入辐射的物 体,则物体1的吸收比可按定义写出如下: 0(,T)(,T2)Eb(T2)d入 (7-23a) E(λ,T2)Eb(T2)d入 f(T,T2,表面1的性质,表面2的性质) 如果投入辐射来自黑体,则物体的吸收比可以表示成:
分别示出了金属导电体和非导电体材料在室温下光谱吸收比随 波长的变化。 实际物体的光谱吸收比对投入辐射的波长的选择性。 1)不同物体对同一投入辐射吸收情况不同，取决于物体本身特 点，包括种类，表面温度和表面状况； 2）不同投入辐射取决于发出投入辐射的物体的性质和温度。 因此物体的吸收特性，既物体的吸收比要根据吸收一方和发出 投入辐射一方两方的性质和温度来确定。 设下标1、2分别代表所研究的物体及产生投入辐射的物 体，则物体1的吸收比可按定义写出如下: f(T ,T ,表面1的性质，表面2的性质） ( ,T )E (T )d ( ,T ) ( ,T )E (T )d 1 2 0 2 b 2 0 1 2 b 2 1 = = （7-23a） 如果投入辐射来自黑体，则物体的吸收比可以表示成：
a(,T)Eb(T2)dx a(2, T)Eb (T2) C Eb(T2)dλ 2 7-23b) =f(T1,T2,表面的性质) 0. Q(入,T1) 若物体的单色吸收比 和温度已知,则可按式 白色耐火土 (7-23b)计算出物体的吸收比 3一软木 其中的积分可用数值法或图 0.45-陶瓷 6-混凝土 解法确定。图7-18示出的 7一房顶瓦 石垦 些材料对黑体辐射的吸收比 就是按这种方法求得的 T1=294K 3004006001000200040006000 T2/K 图7-18物体表面对黑体辐射的吸收比与温度的关系
若物体的单色吸收比 和温度 已知，则可按式 (7-23b)计算出物体的吸收比， 其中的积分可用数值法或图 解法确定。图7-18示出的一 些材料对黑体辐射的吸收比 就是按这种方法求得的。 f(T ,T ,表面1的性质） T ( ,T )E (T )d E (T )d ( ,T )E (T )d 1 2 4 2 0 1 b 2 0 b 2 0 1 b 2 = = = (7-23b) ( ,T ) 1 T2
物体的吸收比与投入辐射有关起因于光谱吸收比对不同波长 的辐射具有选择性。如果物体的光谱吸收比与波长无关,即 α(入)=常数,则不管投入辐射的分布如何,吸收比C也是同一个 常数值。换句话说,这时物体的吸收比只取决于本身的情况而与 外界情况无关。在热辐射分析中,把光谱吸收比与波长无关的物 体称为灰体。 对于灰体(在一定的温度下) =()=常数 (7-24) 灰体也是一种理想物体,在工业通常遇到的热辐射的范围内, 可以把大多数工程材料当作灰体处理,由此引起的误差还是可以 容许的,而这种简化处理给辐射换热分析带来很大的方便 实际物体的辐射力E与吸收比C之间的联系可以通过基尔霍 夫定律来揭示。这个定律可以从研究两个表面的辐射换热导出
物体的吸收比与投入辐射有关起因于光谱吸收比对不同波长 的辐射具有选择性。如果物体的光谱吸收比与波长无关，即 =常数，则不管投入辐射的分布如何，吸收比 也是同一个 常数值。换句话说，这时物体的吸收比只取决于本身的情况而与 外界情况无关。在热辐射分析中，把光谱吸收比与波长无关的物 体称为灰体。 () 对于灰体(在一定的温度下) = () =常数 (7-24) 灰体也是一种理想物体，在工业通常遇到的热辐射的范围内， 可以把大多数工程材料当作灰体处理，由此引起的误差还是可以 容许的，而这种简化处理给辐射换热分析带来很大的方便。 实际物体的辐射力E与吸收比 之间的联系可以通过基尔霍 夫定律来揭示。这个定律可以从研究两个表面的辐射换热导出。