传热-第8章-2.

发射率（黑度）：bEE物体辐射力与同温黑体的辐射力之比。光谱发射率（光谱黑度）：发射率与光谱发射率之间的关系为bEEb0bEdE对于灰体，＝常数，b0bEdE发射率反映物体发射辐射能的能力与黑体的差别。11-3实际物体的辐射特性实际物体的光谱辐射力随波长的变化规律不同于黑体和灰体，实际物体的光谱发射率是波长的函数。部分物体的光谱发射率随波长的变化实际物体的辐射力并不严格遵循四次方定律，但在工程计算中，实际物体的辐射力可以由下式计算4bEET所存在的偏差由实验确定的发射率数值加以考虑。定向发射率（定向黑度）：bbLEEL实际物体不是漫发射体，一般不严格遵守兰贝特定律，定向发射率是方向角的函数。为了说明实际物体辐射的方向特性，即在半球空间各方向上的分布规律，引进定向发射率的概念。金属1.0~1.2n非金属0.93~1.0n实际物体发射率数值大小取决于材料的种类、温度和表面状况，通常由实验测定。对绝大多数实际工程材料来说，可以近似地认为半球总发射率等于法向发射率，即n法向发射率随温度的变化实际物体的发射率特点：（1）金属表面发射率偏小，且随波长的增大而减小,一般随温度升高而增大；（2）非金属表面发射率较高，且随着波长的增大而增大，一般还随温度升高而减小；（3）法向发射率随温度的变化规律与光谱法向发射率随波长的变化规律有关，因为温度越高，短波辐射的比例越大。（4）材料的表面状况（粗糙度、氧化程度等）是影响发射率大小的重要因素。8-4实际物体对辐射的吸收与辐射的关系实际物体的光谱吸收比也与黑体、灰体不同，是波长的函数。00QdQd根据吸收比的定义，'''b0'''b0(,)(,)(,)(,)()TTETdTETd不仅取决于物体本身材料的种类、温度及表面性质，还和投入辐射的波长分布有关，因此和投入辐射能的发射体温度有关。1.实际物体的吸收比一些材料的法向光谱反射比和法向光谱吸收比随波长的变化情况。一些材料对黑体辐射的总吸收比随黑体辐射源温度的变化2.选择性吸收的工程应用光谱吸收比随波长变化的性质称为辐射特性对波长的选择性。1）温室效应－植物或蔬菜栽培用的暖房；2）焊接工人用的眼镜；3）世上万物呈现不同颜色3.实际物体吸收的选择性给辐射传热的计算造成了很大困难在工程常见的温度范围内（2000K）可按灰体进行计算；灰体：光谱吸收比与波长无关的物体常数基尔霍夫定律揭示了物体吸收辐射能的能力与发射辐射能的能力之间的关系。黑体平壁任意平壁平壁12间辐射换热的净热流密度为21221bqEE当平壁12温度相等，即处于热平衡状态，q21=0，可得212bEE既然平壁2为任意壁面，可写成12112ibiEEEE基尔霍夫定律表达式之一3.基尔霍夫（G.R.Kirchhoff）定律12112ibiEEEE上式表明任意物体的辐射力与其吸收比的比值都等于相同温度下的黑体辐射力。可以得出两个结论：（1）对于同样温度下的物体，辐射力越大的物体其吸收比也越大，即发射辐射能的能力越强的物体其吸收辐射能的能力也越强；（2）因为实际物体的吸收比小于1，所以在相同温度下的所有物体中，黑体的辐射力最大。bEEbEEbEE()()TT该式说明，热平衡时，任意物体对同温度黑体投入辐射的吸收比等于同温下该物体的发射率。基尔霍夫定律表达式之二。基尔霍夫定律的最一般形式的表达式为,,,,TT该式对于任意物体都适用。对于漫射（漫发射、漫反射，辐射特性与方向无关的）表面，基尔霍夫定律表达式可写为TT对于漫射、灰体表面，辐射特性与波长无关，TTb0bb0EdEEEd工程上，大部分辐射能都处于红外波长范围内，绝大多数工程材料都可以近似为漫发射、灰体，不会引起较大的误差。但在太阳能利用中就不能简单地将物体当作灰体，这是因为近44.6%的太阳辐射位于可见光的波长范围内，而物体自身热辐射位于红外波长范围内，由于实际物体的光谱吸收比对投入辐射的波长具有选择性，所以一般物体对太阳辐射的吸收比与自身辐射的发射率有较大的差别。太阳直径约km（球体辐射源），离地球的平均距离约km，到达地球的太阳射线近似于平行。61.3921081.49610天顶角太阳辐射虽然太阳发出的能量只有二十二亿分之一到达地球，但平均每秒钟射到地球上的能量远远高于全球能量的总消耗量。合理利用太阳能是解决能源问题的有效途径之一。太阳常数：大气层外缘与太阳射线垂直的单位面积上接收到的太阳辐射能:2c13671.6W/mS根据太阳常数，可算得太阳表面相当于温度为5762K的黑体，max0.5μm地球大气层外缘水平面上单位面积接受到的太阳辐射能,0cosscGSf修正系数0.97~1.03f紫外线约占8.7%；可见光约占44.6%；红外线约占45.4%。=0.2~3.0m波长范围约占98%。经过大气层的吸收、散射和反射之后，夏季理想的大气透明度条件下，中午前后到达地面的太阳辐射约为1000W/m2。太阳辐射光谱温室效应：普通玻璃的光谱透射比温室太阳能利用：太阳能热水器选择性表面涂层太阳能利用：太阳能发电，太阳能制冷，太阳能电池，太阳能供暖，太阳能热水器，太阳能干燥…25431qc,,trqr,,trqc,,pqr,,p冷却水流过平板型太阳能集热器示意图1－透明覆盖；2－吸热面；3－金属管；4－绝热材料；5－箱体氧化硅、锗、铝涂层的光谱反射比与吸收比＊＊图10－5，黑镍镀层的光谱吸收比真空管太阳能热水器8.5.3环境辐射224()4cdSdT地球的热平衡841367101279K45.67T江苏南京长春长电集团青岛五十八中攀枝花攀枝花河北邯郸力诺集团公寓楼工程咸阳市电信小区工程多层住宅实例马钢花园工程杭州长岛绿园太阳能工程山东省泰安市国华经典工程上海建科院太阳能应用示范新西兰农场太阳能应用工程平行式太阳能高温集热\发电卢森堡大型集热项目第8章小结重点掌握以下内容：（1）有关热辐射的基本概念：吸收比、反射比、透射比、黑体、灰体、漫射体、人工黑体、辐射强度、辐射力、发射率（黑度）、立体角、温室效应、选择性表面等；（2）热辐射的基本定律：普朗克定律、斯忒藩—玻耳兹曼定律、维恩位移定律、兰贝特定律、基尔霍夫定律。作业：8－17、8－18、8－21（1）北方深秋季节的清晨，树叶叶面上常常结霜。试问树叶上、下表面的哪一面结霜？为什么？思考题（2）深海水的颜色为什么总是蓝色的？（3）相当，为什么与地球相比火星上的昼夜温差却大的多？（4）么颜色（深或浅）的比较好？（6）材料1，2的半球光谱发射率如图所示。问半球平均发射率如何随温度发生变化，并简要说明之。ελO12λb0b0bb(,)(,)()()ETdETdETET(5)室温下呈黑色的铁棒在炉中加热时，颜色渐呈暗红、红、橙黄，您知道为什么吗？