热工基础第十一章幻灯片.ppt

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1、热工基础第十一章1第1页，共46页，编辑于2022年，星期日11-1 热辐射的基本概念 1.吸收、反射与透射 投投投投入入入入辐辐辐辐射射射射:单单单单位位位位时时时时间间间间内内内内投投投投射射射射到到到到单单单单位位位位面面面面积积积积物物物物体体体体表表表表面面面面上上上上的的的的全全全全波波波波长长长长范范范范围围围围内内内内的的的的辐射能。辐射能。辐射能。辐射能。G W/mW/m2 2 反射辐射反射辐射反射辐射反射辐射:G G W/mW/m2 2 吸收辐射吸收辐射:G G W/mW/m2 2 透射辐射透射辐射透射辐射透射辐射:G G W/mW/m2 2 2第2页，共46页，编辑于20

2、22年，星期日吸收比吸收比 反射比反射比透射比透射比 根据能量守恒根据能量守恒根据能量守恒根据能量守恒，如果投入辐射是某一波长如果投入辐射是某一波长如果投入辐射是某一波长如果投入辐射是某一波长的辐射能的辐射能G G ，则，则 光谱吸收比光谱吸收比 光谱反射比光谱反射比光谱反射比光谱反射比 光谱透射比光谱透射比光谱透射比光谱透射比 与与 的关系：的关系：3第3页，共46页，编辑于2022年，星期日 注意：（1 1）属属于于物物体体的的辐辐射射特特性性，取取决决于于物物体的种类、温度和表面状况，是波长的函数。体的种类、温度和表面状况，是波长的函数。不不仅仅取取决决于于物物体体的的性性质质，还还与与

3、投投射射辐辐射射能能的波长分布有关。的波长分布有关。（2 2 2 2）固固固固体体体体和和和和液液液液体体体体对对对对辐辐辐辐射射射射能能能能的的的的吸吸吸吸收收收收和和和和反反反反射射射射基基基基本本本本上上上上属属属属于于于于表表表表面面面面效效效效应应应应：金金金金属属属属的的的的表表表表面面面面层层层层厚厚厚厚度度度度小小小小于于于于1 1 1 1 mm；绝绝绝绝大大大大多多多多数数数数非非非非金金金金属属属属的的的的表表表表面面面面层厚度小于层厚度小于层厚度小于层厚度小于1 1 1 1mmmm。（3 3 3 3）对于固体和液体，）对于固体和液体，）对于固体和液体，）对于固体和液体，。

4、镜反射镜反射镜反射镜反射与与与与漫反射漫反射：产产生生何何种种反反射射决决于于物物体体表表面面的的粗粗糙糙程程度度和和投投射射辐辐射射能能的的波长波长 。4第4页，共46页，编辑于2022年，星期日2.灰体与黑体 灰体灰体：注意注意注意注意：黑体、白体与黑色、白色物体的区别。：黑体、白体与黑色、白色物体的区别。：黑体、白体与黑色、白色物体的区别。：黑体、白体与黑色、白色物体的区别。光光谱谱辐辐射射特特性性不不随随波波长长而而变变化化的的假假想想物物体体，即即 分别等于常数。分别等于常数。绝对黑体绝对黑体绝对黑体绝对黑体：吸吸收收比比 =1的的物物体体，简简称称黑黑体体。黑黑体体和和灰体一样，是

5、一种理想物体。灰体一样，是一种理想物体。人工黑体模型人工黑体模型人工黑体模型人工黑体模型：镜体镜体镜体镜体（漫反射时称为白体）：（漫反射时称为白体）：（漫反射时称为白体）：（漫反射时称为白体）：=1=1 绝对透明体绝对透明体绝对透明体绝对透明体 ：=1=1 5第5页，共46页，编辑于2022年，星期日3.辐射强度 辐辐辐辐射射射射强强强强度度度度说说说说明明明明物物物物体体体体表表表表面面面面在在在在空空空空间间间间某某某某个个个个方方方方向向向向上上上上发发发发射射射射辐辐辐辐射射射射能能能能的多少。的多少。的多少。的多少。立体角立体角立体角立体角：半半径径为为r r的的球球面面上上面面积积

6、A A与与与与球球球球心心心心所所所所对对对对应应应应的空间角度，的空间角度，的空间角度，的空间角度，单位为单位为单位为单位为Sr（球面度球面度球面度球面度）（，）方方方方向向向向上上上上的的的的微微微微元元元元面面面面积积积积 dAdA2 2对对对对球球球球心心心心所所所所张张张张的的的的微元立体角微元立体角微元立体角微元立体角 6第6页，共46页，编辑于2022年，星期日辐射强度辐射强度辐射强度辐射强度：单单单单位位位位时时时时间间间间内内内内从从从从单单单单位位位位投投投投影影影影面面面面积积积积（可可可可见见见见面面面面积积积积）所所所所发发发发出出出出的的的的包包包包含在单位立体角内

7、的所有波长的辐射能。含在单位立体角内的所有波长的辐射能。含在单位立体角内的所有波长的辐射能。含在单位立体角内的所有波长的辐射能。称称为为dA1在在（，）方方向向的的辐辐射射强强度度，或或称称为为定定向辐射强度向辐射强度，单位是，单位是W/(m2Sr)。7第7页，共46页，编辑于2022年，星期日 辐辐辐辐射射射射强强强强度度度度的的的的大大大大小小小小不不不不仅仅仅仅取取取取决决决决于于于于物物物物体体体体种种种种类类类类、表表表表面面面面性性性性质质质质、温温温温度度度度，还还还还与与与与方方方方向向向向有有有有关关关关。对对对对于于于于各各各各向向向向同同同同性性性性的的的的物物物物体体体

8、体表表表表面面面面，辐辐辐辐射射射射强强强强度度度度与与与与角角角角 无关，无关，无关，无关，。光谱辐射强度光谱辐射强度：某某波波长长辐辐射射能能的的辐辐射射强强度度称称为为该该波波长的长的光谱辐射强度光谱辐射强度光谱辐射强度光谱辐射强度。辐射强度辐射强度辐射强度辐射强度与与与与光谱辐射强度光谱辐射强度之间的关系之间的关系之间的关系之间的关系 光谱辐射强度光谱辐射强度光谱辐射强度光谱辐射强度的单位为的单位为的单位为的单位为W/(mW/(m3 3Sr)或或或或W/(mW/(m2 2mm Sr)Sr)。8第8页，共46页，编辑于2022年，星期日 4.辐射力 辐辐辐辐射射射射力力力力：在在单单位位

9、时时间间内内，每每单单位位面面积积表表面面向向半半球球空空间间发发射的全部波长的辐射能射的全部波长的辐射能，用用E表示，单位为表示，单位为W/mW/m2 2。光谱辐射力光谱辐射力：在在 波波长长范范围围内内单单位位波波长长的的辐辐射力射力，用用E表示，单位为表示，单位为W/m3。辐射力辐射力辐射力辐射力与与与与光谱辐射力光谱辐射力光谱辐射力光谱辐射力之间的关系之间的关系之间的关系之间的关系 定向辐射力定向辐射力定向辐射力定向辐射力：在在在在单单单单位位位位时时时时间间间间内内内内，单单单单位位位位面面面面积积积积表表表表面面面面向向向向某某某某方方方方向向向向发发发发射的单位立体角内的辐射能射

10、的单位立体角内的辐射能射的单位立体角内的辐射能射的单位立体角内的辐射能，用用用用E E 表示，单位为表示，单位为表示，单位为表示，单位为W/(mW/(m2 sr)sr)。9第9页，共46页，编辑于2022年，星期日定向辐射力定向辐射力与与与与辐射力辐射力辐射力辐射力之间的关系：之间的关系：定向辐射力定向辐射力定向辐射力定向辐射力与与与与辐射强度辐射强度辐射强度辐射强度之间的关系：之间的关系：之间的关系：之间的关系：辐射力辐射力辐射力辐射力与与与与辐射强度辐射强度之间的关系：之间的关系：之间的关系：之间的关系：10第10页，共46页，编辑于2022年，星期日11-2 11-2 黑体辐射的基本定律

11、 1.1.1.1.普朗克普朗克普朗克普朗克（PlanckPlanck）定律定律定律定律 2.2.2.2.斯忒藩斯忒藩斯忒藩斯忒藩-玻耳兹曼玻耳兹曼玻耳兹曼玻耳兹曼（Stefan-BoltzmannStefan-Boltzmann）定律定律定律定律 3.3.3.3.兰贝特兰贝特兰贝特兰贝特（LambertLambert）定律定律11第11页，共46页，编辑于2022年，星期日1.普朗克定律C1=3.74310-16 Wm2;C2=1.43910-2 mK。特点特点：（1 1 1 1）温温温温度度度度愈愈愈愈高高高高，同同同同一一一一波波波波长长长长下的光谱辐射力愈大；下的光谱辐射力愈大；下的光谱

12、辐射力愈大；下的光谱辐射力愈大；（2 2 2 2）在在在在一一一一定定定定的的的的温温温温度度度度下下下下，黑黑黑黑体体体体的的的的光光光光谱谱谱谱辐辐辐辐射射射射力力力力在在在在某某某某一一一一波波波波长长长长下下下下具具具具有最大值；有最大值；有最大值；有最大值；（3 3 3 3）随随随随着着着着温温温温度度度度的的的的升升升升高高高高，E Eb 取取取取得得得得最最最最大大大大值值值值的的的的波波波波长长长长 maxmax愈愈来来愈愈小，即在小，即在 坐标中的位置向短波方向移动。坐标中的位置向短波方向移动。12第12页，共46页，编辑于2022年，星期日维恩维恩维恩维恩（WienWien

13、）位移定律位移定律位移定律位移定律:太太太太阳阳阳阳表表表表面面面面温温温温度度度度约约约约为为为为5800 5800 K K，由由由由上上上上式式式式可可可可求求求求得得得得max=0.5 mm，位位位位于于于于可可见见光光范范范范围围围围内内内内，可可见见光光占占占占太太太太阳阳阳阳辐辐辐辐射射射射能能能能的的的的份份份份额额额额约约约约为为为为44.6%44.6%。对对于于2000 2000 K K温温度度下下黑黑体体,可可求求得得 maxmax=1.45=1.45 mm，位位位位于于于于红外线红外线红外线红外线范围内。范围内。范围内。范围内。2.斯忒藩-玻耳兹曼定律 斯忒藩斯忒藩斯忒藩

14、斯忒藩-玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律表达式：表达式：表达式：表达式：式式式式中中中中 =5.67105.6710-8-8 W/(m2 2 K K4 4)，称称称称为为为为斯斯斯斯忒忒忒忒藩藩藩藩-玻玻玻玻耳耳耳耳兹兹兹兹曼曼曼曼常常常常量量量量(数数数数)，又称为，又称为，又称为，又称为黑体辐射常数黑体辐射常数黑体辐射常数黑体辐射常数。（四次方定律四次方定律四次方定律四次方定律）13第13页，共46页，编辑于2022年，星期日 斯忒藩斯忒藩玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律表达式可直接由下式导出表达式可直接由下式导出表达式可直接由下式导出表达式可直接由下式导出

15、 ：波段辐射力波段辐射力 波段辐射力波段辐射力 占黑体辐射力占黑体辐射力Eb的百分数的百分数 14第14页，共46页，编辑于2022年，星期日 根据普朗克定律表达式，根据普朗克定律表达式，f f(T)称称称称为为为为黑黑黑黑体体体体辐辐辐辐射射射射函函函函数数数数，表表示示温温度度为为T T 的的的的黑黑黑黑体体体体所所所所发发发发射射射射的的的的辐辐辐辐射能中在波段射能中在波段射能中在波段射能中在波段0 0 内的辐射能所占的百分数。内的辐射能所占的百分数。利利用用黑黑体体辐辐射射函函数数数数值值表表（317317页页表表11111 1）可可以以很很容容易易地地用用下下式式计计算算黑黑体体在在

16、某某一一温温度度下下发发射射的的任任意意波波段段的的辐射能量辐射能量：15第15页，共46页，编辑于2022年，星期日3.兰贝特定律 兰兰兰兰贝贝贝贝特特特特定定定定律律律律:黑黑黑黑体体体体的的的的辐辐辐辐射射射射强强强强度度度度与与与与方方方方向向向向无无无无关关关关，半半半半球球球球空空空空间间间间各各各各方向上的辐射强度都相等。方向上的辐射强度都相等。方向上的辐射强度都相等。方向上的辐射强度都相等。漫发射体漫发射体漫发射体漫发射体：空间各个方向上辐射强度都相等的物体。空间各个方向上辐射强度都相等的物体。空间各个方向上辐射强度都相等的物体。空间各个方向上辐射强度都相等的物体。根据定向辐射

17、力与辐射强度的关系根据定向辐射力与辐射强度的关系根据定向辐射力与辐射强度的关系根据定向辐射力与辐射强度的关系 E En n为表面法线方向的定向辐射力。兰贝特定律也称为为表面法线方向的定向辐射力。兰贝特定律也称为为表面法线方向的定向辐射力。兰贝特定律也称为为表面法线方向的定向辐射力。兰贝特定律也称为余弦定律余弦定律余弦定律余弦定律。根据辐射力与辐射强度的关系可求得根据辐射力与辐射强度的关系可求得根据辐射力与辐射强度的关系可求得根据辐射力与辐射强度的关系可求得 16第16页，共46页，编辑于2022年，星期日11-3 实际物体的辐射特性，基尔霍夫定律1.实际物体的发射特性 发射率发射率（黑度黑度黑

18、度黑度）：）：）：）：发射率反映了物体发射辐射能的能力的大小。发射率反映了物体发射辐射能的能力的大小。发射率反映了物体发射辐射能的能力的大小。发射率反映了物体发射辐射能的能力的大小。光谱发射率光谱发射率（光谱黑度光谱黑度光谱黑度光谱黑度）：）：）：）：发射率发射率发射率发射率与与与与光谱发射率光谱发射率光谱发射率光谱发射率之间的关系为之间的关系为之间的关系为之间的关系为 对于灰体，对于灰体，常数常数，17第17页，共46页，编辑于2022年，星期日 实实实实际际际际物物物物体体体体的的的的光光光光谱谱谱谱辐辐辐辐射射射射力力力力随随随随波波波波长长长长的的的的变变变变化化化化规规规规律律律律不

19、不不不同同同同于于于于黑黑黑黑体体体体和和和和灰灰灰灰体体体体，实际物体的光谱发射率是波长的函数。实际物体的光谱发射率是波长的函数。在在工工程程计计算算中中，实实际际物物体体的辐射力可以由下式计算的辐射力可以由下式计算：实实际际物物体体的的辐辐射射力力并并不不严严格格遵遵循循四四次次方方定定律律，所所存存在在的的偏偏差差包包含含在在由由实实验验确确定定的的发发射射率数值之中。率数值之中。定向发射率定向发射率定向发射率定向发射率（定向黑度定向黑度）：）：）：）：实实实实际际际际物物物物体体体体不不不不是是是是漫漫漫漫发发发发射射射射体体体体，定定定定向向向向发发发发射射射射率率率率是方向角是方向

20、角是方向角是方向角 的函数。的函数。的函数。的函数。18第18页，共46页，编辑于2022年，星期日几种非金属材料的定向发射率几种非金属材料的定向发射率几种非金属材料的定向发射率几种非金属材料的定向发射率 金属金属非金属非金属 实实实实际际际际物物物物体体体体发发发发射射射射率率率率数数数数值值值值大大大大小小小小取取取取决决决决于于于于材材材材料料料料的的的的种种种种类类类类、温温温温度度度度和和和和表表表表面面面面状状状状况况况况，通常由实验测定。通常由实验测定。通常由实验测定。通常由实验测定。19第19页，共46页，编辑于2022年，星期日2.实际物体的吸收特性 实实实实际际际际物物物物

21、体体体体的的的的光光光光谱谱谱谱吸吸吸吸收收收收比比比比也也也也与与与与黑黑黑黑体体体体、灰灰灰灰体体体体不不不不同同同同，是是是是波波波波长长长长的函数。的函数。的函数。的函数。几种金属材料的光谱吸收比几种金属材料的光谱吸收比20第20页，共46页，编辑于2022年，星期日 辐辐射射特特性性随随波波长长变变化化的的性性质质称称为为辐辐射射特特性性对对波波长长的的选选择择性性。实实际际物物体体的的吸吸收收比比不不仅仅取取决决于于物物体体本本身身材材料料的的种种类类、温温度度及及表表面面性性质质，还还和和投投入入辐辐射射的的波波长长分分布布有有关关，因此和投入辐射能的发射体温度有关。因此和投入辐

22、射能的发射体温度有关。几种非金属材料的光谱吸收比几种非金属材料的光谱吸收比21第21页，共46页，编辑于2022年，星期日 工工工工程程程程上上上上的的的的热热热热辐辐辐辐射射射射主主主主要要要要位位位位于于于于0.760.7610 10 mm的的的的红红红红外外外外波波波波长长长长范范范范围围围围内内内内，绝绝绝绝大大大大多多多多数数数数工工工工程程程程材材材材料料料料的的的的光光光光谱谱谱谱辐辐辐辐射射射射特特特特性性性性在在在在此此此此波波波波长长长长范范范范围围围围内内内内变变变变化化化化不不不不大大大大，因因因因此此此此在在在在工工工工程程程程计计计计算算算算时时时时可可可可以以以以

23、近近近近似似似似地地地地当作灰体处理。当作灰体处理。当作灰体处理。当作灰体处理。一一些些材材料料对对黑黑体体辐辐射射的的吸吸收比随黑体温度的变化。收比随黑体温度的变化。22第22页，共46页，编辑于2022年，星期日3.基尔霍夫基尔霍夫（G.R.Kirchhoff）定律 基基基基尔尔尔尔霍霍霍霍夫夫夫夫定定定定律律律律揭揭揭揭示示示示了了了了物物物物体体体体吸吸吸吸收收收收辐辐辐辐射射射射能能能能的的的的能能能能力力力力与与与与发发发发射射射射辐辐辐辐射能的能力之间的关系，其表达式为射能的能力之间的关系，其表达式为射能的能力之间的关系，其表达式为射能的能力之间的关系，其表达式为 说说明明吸吸收

24、收辐辐射射能能能能力力愈愈强强的的物物体体的的发发射射辐辐射射能能能能力力也也也也愈愈强强。在在温温度度相相同同的的物物体体中中，黑黑体体吸吸收收辐辐射射能能的的能能力最强，发射辐射能的能力也最强。力最强，发射辐射能的能力也最强。对于漫射体，辐射特性与方向无关，对于漫射体，辐射特性与方向无关，对于漫射、灰体，辐射特性与波长无关，对于漫射、灰体，辐射特性与波长无关，23第23页，共46页，编辑于2022年，星期日 对对于于工工程程上上常常见见的的温温度度范范围围（T 2000 K），大大部部分分辐辐射射能能都都处处于于红红外外波波长长范范围围内内，绝绝大大多多数数工工程程材材料料都都可可以以近近

25、似似为为漫漫发发射射、灰灰体体，不不会会引引起起较较大大的的误误差差。但但在在太太阳阳能能利利用用中中就就不不能能简简单单地地将将物物体体当当作作灰灰体体。这这是是因因为为近近50%的的太太阳阳辐辐射射位位于于可可见见光光的的波波长长范范围围内内，而而自自身身热热辐辐射射位位于于红红外外波波长长范范围围内内，由由于于实实际际物物体体的的光光谱谱吸吸收收比比对对投投入入辐辐射射的的波波长长具具有有选选择择性性，所所以以一一般般物物体体对对太太阳阳辐辐射射的的吸吸收收比比与与自身辐射的发射率有较大的差别。自身辐射的发射率有较大的差别。24第24页，共46页，编辑于2022年，星期日11-4 辐射换

26、热的计算方法 1.角系数 假设假设：（1 1 1 1）进进进进行行行行辐辐辐辐射射射射换换换换热热热热的的的的物物物物体体体体表表表表面面面面之之之之间间间间是是是是不不不不参参参参与与与与辐辐辐辐射射射射的的的的介介介介质质质质(单原子或结构对称的双原子气体、空气单原子或结构对称的双原子气体、空气单原子或结构对称的双原子气体、空气单原子或结构对称的双原子气体、空气)或真空；或真空；或真空；或真空；（2 2 2 2）每个表面都是漫射、灰体或黑体表面；每个表面都是漫射、灰体或黑体表面；（3 3 3 3）每个表面的温度、辐射特性及投入辐射分布均匀。每个表面的温度、辐射特性及投入辐射分布均匀。（1

27、1 1 1）角系数的定义）角系数的定义）角系数的定义）角系数的定义 从从从从表表表表面面面面1 1 1 1发发发发出出出出的的的的总总总总辐辐辐辐射射射射能能能能中中中中直直直直接接接接投投投投射射射射到到到到表表表表面面面面2 2 2 2上上上上份份份份额额额额称称称称为为为为表表表表面面面面1 1 1 1对对对对表表表表面面面面2 2 2 2的的的的角角角角系系系系数数数数，用用用用符符符符号号号号X X1 1,2 2表示。表示。25第25页，共46页，编辑于2022年，星期日 假假设设表表面面1 1、2 2都都都都是是是是黑黑黑黑体体体体表表表表面面面面，根根根根据据据据辐辐辐辐射射射射

28、强强强强度度度度的的的的定定定定义义义义，单单单单位位位位时时时时间内从间内从间内从间内从d dA1 1发射到发射到发射到发射到dA A2上的辐射能为上的辐射能为从整个表面从整个表面从整个表面从整个表面1 1 1 1发射到表面发射到表面发射到表面发射到表面2 2 2 2的辐射能为的辐射能为的辐射能为的辐射能为 26第26页，共46页，编辑于2022年，星期日 根据角系数的定义根据角系数的定义根据角系数的定义根据角系数的定义,角系数角系数角系数角系数X X1 1,2 2和和和和X X2,12,1分别为分别为 可可可可以以以以看看看看出出出出，在在在在上上上上述述述述假假假假设设设设条条条条件件件

29、件下下下下，角角角角系系系系数数数数是是是是几几几几何何何何量量量量，只只只只取取取取决决决决于两个物体表面的几何形状、大小和相对位置。于两个物体表面的几何形状、大小和相对位置。于两个物体表面的几何形状、大小和相对位置。于两个物体表面的几何形状、大小和相对位置。（2 2）角系数的性质）角系数的性质 1 1）相对性（互换性）相对性（互换性）：2 2 2 2）完整性）完整性）完整性）完整性：27第27页，共46页，编辑于2022年，星期日 3 3）角系数的可加性）角系数的可加性：（3 3 3 3）角系数的计算方法）角系数的计算方法）角系数的计算方法）角系数的计算方法 有积分法、代数法、图解法有积分

30、法、代数法、图解法有积分法、代数法、图解法有积分法、代数法、图解法(或投影法或投影法或投影法或投影法)等等等等 1 1）积分法）积分法：根据角系数表达式通过积分运算求得角系数根据角系数表达式通过积分运算求得角系数 结果查有关手册（书结果查有关手册（书结果查有关手册（书结果查有关手册（书327327页表）页表）28第28页，共46页，编辑于2022年，星期日 2 2）代数法）代数法：利利利利用用用用角角角角系系系系数数数数的的的的定定定定义义义义及及及及性性性性质质质质,通通通通过过过过代数运算确定角系数。代数运算确定角系数。代数运算确定角系数。代数运算确定角系数。图图图图(a)、(b b)：图

31、图图图(c c)：图图图图(d d)：三个非凹表面构成的封闭空腔三个非凹表面构成的封闭空腔三个非凹表面构成的封闭空腔三个非凹表面构成的封闭空腔 29第29页，共46页，编辑于2022年，星期日30第30页，共46页，编辑于2022年，星期日2.黑体表面之间的辐射换热 对于任意位置的两个黑体表面对于任意位置的两个黑体表面对于任意位置的两个黑体表面对于任意位置的两个黑体表面1、2，据角系数定义，据角系数定义 称为称为空间辐射热阻空间辐射热阻 31第31页，共46页，编辑于2022年，星期日 如如如如果果果果由由由由n n个个黑黑体体表表面面构构成成封封闭闭空空腔腔,那那么么每每个个表表面面的的净辐

32、射换热量为净辐射换热量为 注注注注意意意意：1,2是是两两个个任任意意位位置置的的黑黑体体表表面面1 1、2 2之之之之间间间间直直直直接接接接的的的的辐辐辐辐射射射射换换换换热热热热量量量量，没没没没考考考考虑虑虑虑其其其其它它它它表表表表面面面面的的的的影影影影响响响响。如如如如果果果果两两两两个个个个黑黑黑黑体体体体表表表表面面面面构构构构成成成成封封封封闭闭闭闭腔腔腔腔，则则则则1,21,2是是是是两两两两个个个个表表表表面面面面净净净净交换的热量。交换的热量。交换的热量。交换的热量。辐射网络辐射网络32第32页，共46页，编辑于2022年，星期日3.灰体表面之间的辐射换热 （1 1

33、1 1）有效辐射）有效辐射）有效辐射）有效辐射 单单单单位位位位时时时时间间间间内内内内离离离离开开开开单单单单位位位位面面面面积积积积表表表表面面面面的的的的总总总总辐辐辐辐射射射射能能能能,用用用用符符符符号号号号J表表表表示示示示,单位是单位是单位是单位是W/mW/m2。单位面积的辐射换热量单位面积的辐射换热量单位面积的辐射换热量单位面积的辐射换热量 上两式联立可解得上两式联立可解得上两式联立可解得上两式联立可解得33第33页，共46页，编辑于2022年，星期日称为称为表面辐射热阻表面辐射热阻 对对于于黑黑体体表表面面，=1，表表面面辐辐射射热热阻为零，阻为零，。（2 2 2 2）两两两

34、两个个个个漫漫漫漫灰灰灰灰表表表表面面面面构构构构成成成成的的的的封封封封闭闭闭闭空空空空腔腔腔腔中中中中的辐射换热的辐射换热的辐射换热的辐射换热 若若若若两两两两个个个个漫漫漫漫灰灰灰灰表表表表面面面面1 1、2 2构构构构成成成成封封封封闭闭闭闭空空空空腔腔腔腔,T T1 1T T2 2，则则则则表表表表面面面面1净净损损失失、表表表表面面面面2 2净净净净获获获获得得得得的的热量分别为热量分别为表面辐射热阻表面辐射热阻表面辐射热阻表面辐射热阻网络单元网络单元网络单元网络单元34第34页，共46页，编辑于2022年，星期日 表面表面表面表面1 1、2 2之间净辐射换热量为之间净辐射换热量为

35、之间净辐射换热量为之间净辐射换热量为 根据封闭腔的能量守恒，根据封闭腔的能量守恒，联立以上三式，可得联立以上三式，可得两两表表面面封封闭闭空空腔的辐射网络腔的辐射网络 空间辐射热阻空间辐射热阻空间辐射热阻空间辐射热阻网络单元网络单元网络单元网络单元35第35页，共46页，编辑于2022年，星期日 对于两块平行壁面构成的封闭空腔对于两块平行壁面构成的封闭空腔对于两块平行壁面构成的封闭空腔对于两块平行壁面构成的封闭空腔 1,21,2 称为称为称为称为系统黑度系统黑度系统黑度系统黑度 对于凸型物体对于凸型物体对于凸型物体对于凸型物体1 1和包壳和包壳和包壳和包壳2之间的辐射换热之间的辐射换热之间的辐

36、射换热之间的辐射换热,如果如果 ，36第36页，共46页，编辑于2022年，星期日 （3 3）多个漫灰表面构成的封闭空腔中的辐射换热）多个漫灰表面构成的封闭空腔中的辐射换热 封封封封闭闭闭闭空空空空腔腔腔腔内内内内任任任任意意意意一一一一个个个个表表表表面面面面i i 净净净净损损损损失失失失的的的的辐辐辐辐射射射射热热热热流流流流量量量量等等等等于于于于该该表表表表面与所有表面交换的辐射热流量的代数和，即面与所有表面交换的辐射热流量的代数和，即面与所有表面交换的辐射热流量的代数和，即面与所有表面交换的辐射热流量的代数和，即 只只要要利利用用相相应应的的空空间间辐辐射射热热阻阻将将封封闭闭腔腔

37、所所有有的的有有效效辐辐射射节节点点连连接接起起来来,就就构构成成了了完完整整的的辐辐射射换换热热网网络络。进进而而可可以以运运用用电电学学中中直直流流电电路路的的求求解解方方法法,求求出出各各节节点点的的有有效效辐辐射射及及各各表表面面的的净净辐辐射射换热量。换热量。（辐射网络法辐射网络法辐射网络法辐射网络法）空空空空腔腔腔腔内内内内表表表表面面面面i i 与与与与其其其其它它它它表表表表面面面面之间的辐射换热网络单元之间的辐射换热网络单元之间的辐射换热网络单元之间的辐射换热网络单元 37第37页，共46页，编辑于2022年，星期日 由三个漫灰表面组成的封闭空腔的辐射换热网络由三个漫灰表面组

38、成的封闭空腔的辐射换热网络由三个漫灰表面组成的封闭空腔的辐射换热网络由三个漫灰表面组成的封闭空腔的辐射换热网络 重辐射面重辐射面重辐射面重辐射面:有有效效辐辐射射等等于于投投入入辐辐射射，净净辐射换热量等于零。辐射换热量等于零。对对于于灰灰体体重重辐辐射射面面,，重重重重辐辐辐辐射射射射面面面面的的的的存存存存在在在在改改改改变变变变了了了了辐辐辐辐射射射射能能能能的的的的方方方方向向向向分分分分布布布布,所所所所以以以以影影影影响响响响整整整整个个个个系系系系统统统统的的的的辐辐辐辐射换热。射换热。射换热。射换热。辐射网络中的重辐射面辐射网络中的重辐射面3 38第38页，共46页，编辑于20

39、22年，星期日 原原原原则则则则上上上上，对对对对于于于于n n个个表表面面构构成成的的封封闭闭空空腔腔,可可以以写写出出每每每每个个个个表面有效辐射节点方程表面有效辐射节点方程表面有效辐射节点方程表面有效辐射节点方程 n n个个个个有有有有效效效效辐辐辐辐射射射射节节节节点点点点方方方方程程程程组组组组成成成成线线线线性性性性方方方方程程程程组组组组。只只只只要要要要每每每每个个个个表表表表面面面面的的的的温温温温度度度度、发发发发射射射射率率率率已已已已知知知知,相相相相关关关关角角角角系系系系数数数数可可可可求求求求,就就就就可可可可以以以以通通通通过过过过求求求求解解解解线线线线性性性

40、性方方方方程程程程组组组组得到各表面的有效辐射得到各表面的有效辐射得到各表面的有效辐射得到各表面的有效辐射,进而求得每个表面的净辐射换热量。进而求得每个表面的净辐射换热量。进而求得每个表面的净辐射换热量。进而求得每个表面的净辐射换热量。39第39页，共46页，编辑于2022年，星期日11-5 遮热板的原理 遮遮遮遮热热热热板板板板的的的的主主主主要要要要作作作作用用用用就就就就是是是是削削削削弱弱弱弱辐辐辐辐射射射射换换换换热热热热。下下下下面面面面以以以以两两两两块块块块靠靠靠靠得得得得很很很很近近近近的的的的大大大大平平平平壁壁壁壁间间间间的的的的辐辐辐辐射射射射换换换换热热热热为为为为例

41、例例例来来来来说说说说明明明明遮遮遮遮热热热热板板板板的的的的工工工工作作作作原原原原理。理。理。理。没没没没有有有有遮遮遮遮热热热热板板板板时时时时，两两两两块块块块平平平平壁壁壁壁间间间间的的的的辐辐辐辐射射射射换换换换热热热热有有有有2 2个个个个表表表表面面面面辐辐辐辐射射射射热热热热阻阻阻阻、1 1个个个个空间辐射热阻。空间辐射热阻。空间辐射热阻。空间辐射热阻。在在两两块块平平壁壁之之间间加加一一块块大大小小一一样样、表表面面发发射射率率相相同同的的遮遮热热板板3，如如果果忽忽略略遮遮热热板板的的导导热热热热阻阻，则则总总辐辐射射热热阻阻增增加加了了1 1倍，辐射换热量减少为原来的倍

42、，辐射换热量减少为原来的1/2，即，即40第40页，共46页，编辑于2022年，星期日 如如如如果果果果加加加加n层层层层同同同同样样样样的的的的遮遮遮遮热热热热板板板板，则则则则辐辐辐辐射射射射热热热热阻阻阻阻将增大将增大将增大将增大n n倍，辐射换热量将减少为倍，辐射换热量将减少为倍，辐射换热量将减少为倍，辐射换热量将减少为 遮遮热热板板通通常常采采用用表表面面发发射射率率小小、表表面面辐辐射射热热阻阻大大的的材材料料，如如表表面面高高度度抛抛光光的的薄薄铝铝板板，同同时时在在多多层层遮遮热热板板中中间间抽抽真真空空，加大导热和对流换热热阻。加大导热和对流换热热阻。遮热板在测温技术中的应用

43、遮热板在测温技术中的应用遮热板在测温技术中的应用遮热板在测温技术中的应用 热电偶测温热电偶测温热电偶测温热电偶测温：误差：误差：误差：误差：误误差差和和辐辐射射换换热热量量成成正正比比，与与h h成反比。成反比。成反比。成反比。热电偶热平衡：热电偶热平衡：热电偶热平衡：热电偶热平衡：41第41页，共46页，编辑于2022年，星期日当当当当T Tf f=1=1 000 000 K K、T2=800=800 K K、1 1=0.8、h h=40 W/(m2 2 K)K)时时时时，测测测测温温温温误误误误差可达差可达差可达差可达144 K144 K。给热电偶端部加一个表面发射率为给热电偶端部加一个表

44、面发射率为给热电偶端部加一个表面发射率为给热电偶端部加一个表面发射率为 3 3=0.2=0.2的遮热罩的遮热罩的遮热罩的遮热罩3，热电偶端点的热平衡表达式热电偶端点的热平衡表达式热电偶端点的热平衡表达式热电偶端点的热平衡表达式 遮热罩的热平衡表达式遮热罩的热平衡表达式 联联立立求求解解以以上上两两式式，可可求求得得测测温温误误差差 ，结结果果为为44 K。可可见见，加加遮遮热热罩罩后后，相相对对测测温温误误差差由由未未加加遮遮热热罩罩的的14.4%降低到降低到4.4%。抽抽抽抽气气气气式式式式热热热热电电电电偶偶偶偶：遮遮热热罩罩做做成成抽抽气气式式，以以便便强强化化燃燃气气与与热电偶之间的对

45、流换热，提高表面传热系数热电偶之间的对流换热，提高表面传热系数h h。42第42页，共46页，编辑于2022年，星期日11-6 太阳辐射 太太阳阳半半径径约约 km（球球体体辐辐射射源源），离离地地球球的的平平均均距距离离约约 km，到到达达地地球球的的太太阳阳射射线线近近似似于平行。于平行。太阳常数太阳常数：大大大大气气气气层层层层外外外外缘缘缘缘与与与与太太太太阳阳阳阳射射射射线线线线垂垂垂垂直直直直的的的的单单单单位位位位面面面面积积积积上上上上接接接接收收收收到到到到的的的的太太太太阳阳阳阳辐辐辐辐射射射射能能能能 根根根根据据据据太太太太阳阳阳阳常常常常数数数数，可可可可算算算算得得

46、得得太太太太阳阳阳阳表表表表面面面面相相相相当于温度为当于温度为当于温度为当于温度为5762 K5762 K的黑体的黑体的黑体的黑体，地球大气层外缘水平面上单位面积接受到的太阳辐射能地球大气层外缘水平面上单位面积接受到的太阳辐射能 修正系数修正系数 43第43页，共46页，编辑于2022年，星期日紫紫紫紫外外外外线线线线约约占占8.7%；可可可可 见见见见 光光光光约约约约 占占占占44.6%；红红红红外外外外线线线线约约约约占占占占45.4%45.4%。=0.2 3.0 m m 波波波波长范围约占长范围约占长范围约占长范围约占98%。经经过过大大气气层层的的吸吸收收、散散射射和和反反射射之之

47、后后，夏夏季季理理想想的的大大气气透透明明度度条条件件下下，中中午午前前后后到到达达地地面面的的太太阳阳辐辐射射约约为为1000 W/m1000 W/m2 2。太阳辐射光谱太阳辐射光谱 44第44页，共46页，编辑于2022年，星期日温室效应：温室效应：温室效应：温室效应：温室温室太阳能利用：太阳能利用：太阳能热水器太阳能热水器太阳能热水器太阳能热水器选择性表面涂层选择性表面涂层选择性表面涂层选择性表面涂层普通玻璃的光谱透射比普通玻璃的光谱透射比普通玻璃的光谱透射比普通玻璃的光谱透射比 45第45页，共46页，编辑于2022年，星期日第十一章小结 重点掌握以下内容：重点掌握以下内容：重点掌握以

48、下内容：重点掌握以下内容：（1 1）有有关关热热辐辐射射和和辐辐射射换换热热的的基基本本概概念念：吸吸吸吸收收收收比比比比、反反反反射射射射比比比比、透透射射比比、黑黑黑黑体体体体、灰灰灰灰体体体体、漫漫漫漫射射射射体体体体、人人人人工工工工黑黑黑黑体体体体、辐辐辐辐射射射射强强强强度度度度、辐辐辐辐射射射射力力力力、有有有有效效效效辐辐辐辐射射射射、发发发发射射射射率率率率（黑黑黑黑度度度度）、角角角角系系系系数数数数、表表面面辐辐射热阻射热阻、空间辐射热阻空间辐射热阻空间辐射热阻空间辐射热阻、温室效应温室效应、选择性表面选择性表面等；等；（2 2）热热辐辐射射的的基基本本定定律律：普普普普朗朗朗朗克克克克定定定定律律律律、斯斯斯斯忒忒忒忒藩藩藩藩-玻玻玻玻耳耳耳耳兹曼定律、维恩位移定律、兰贝特定律、兹曼定律、维恩位移定律、兰贝特定律、兹曼定律、维恩位移定律、兰贝特定律、兹曼定律、维恩位移定律、兰贝特定律、基尔霍夫定律；基尔霍夫定律；（3 3 3 3）辐辐辐辐射射射射换换换换热热热热的的的的计计计计算算算算方方方方法法法法：角角角角系系系系数数数数的的的的计计计计算算算算方方方方法法法法；辐辐辐辐射射射射网网网网络法；络法；络法；络法；（4 4）遮热板的原理。）遮热板的原理。46第46页，共46页，编辑于2022年，星期日