东南大学传热学课件第七章-第三、四节
41页1、第三节 实际固体和 液体的辐射特性,在这一节里,我们将把实际物体的辐射特性与黑体进行比较,从辐射总能量按波长和方向的分布的规律出发,分别引出发射率、光谱发射率及定向发射率几个概念,并讨论其特点。,实际物体光谱辐射力的特征,实际物体的光谱辐射力往往随波长作不规则的变化 。 实际物体的辐射力就等于光谱辐射力曲线与横坐标轴围成的面积。 实际物体的辐射力小于同温度下黑体的辐射力。,实际物体的发射率,定义:实际物体的辐射力与同温度下黑体的辐射力之比称为实际物体的发射率,习惯上称为黑度,记为,实际物体的光谱发射率,定义:物体某一特定波长下的光谱辐射力与同温度、同波长条件下黑体的光谱辐射力之比,称为物体的光谱发射率,记为 光谱辐射力有时也称为单色黑度。,实际物体辐射力的计算,当已知实际物体的黑度时,其辐射力可按下面的公式计算 实验研究发现,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
2、度有依赖关系。,实际物体的定向发射率,定义:实际物体在某方向的辐射强度与同温度、同方向黑体的辐射强度之比,称为实际物体的定向发射率,记为 定向发射率也被称为定向黑度。 实际物体的辐射不符合兰贝特定律,即实际物体的定向辐射强度在各个方向是不同的。,金属材料定向黑度与方向的关系,金属导体定向黑度的特点,在表面的法线方向附近,定向黑度较小; 从法线方向开始,在一定的角度内,定向黑度都比较小,且保持不变; 到达一定的角度之后,随着角度的增加,定向黑度也急剧地增加; 在接近表面切线方向附近的极小角度内,定向黑度又有减小。,非导体材料的定向黑度与方向的关系,非导电体材料定向黑度的特点,从法线方向开始,在一定的角度内,定向黑度较大,且保持不变; 当角度大于一定的角度之后,随着角度的增加,定向黑度明显地减小,直到表面切线方向时,减为零。,不同材料的辐射特性,对金属辐射而言,角度较大时辐射的能量较多;而角度较小时辐射的能量相对较少。 对于非导体材料,角度较小时辐射的能量较多;而角度较大时辐射的能量较少。,实际物体的平均黑度 与定向黑度的关系,尽管实际物体的定向发射率有上述变化,但并不显著地影响在半球空间
3、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,对于高度抛光的金属表面约为1.20,对其他具有光滑表面的物体约为0.95,对粗糙表面的物体约为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。我们称服从兰贝特定律的表面为漫射表面(即各个方向定向黑度相等的表面)。,黑度可认为是物性参数,实际物体的发射率只取决于物体的种类、物体的表面温度及其物体的表面状况,而与外界因素无关,这说明物体的发射率只与自身的性能有关,因此可以被认为是物性参数。,影响物体发射率的主要因素,物质的种类。 例如,常温下白色大理石的发射率为0.95,而镀锌铁皮的发射率只有0.23。 物质的表面温度 。例如,严重氧化的铝表面50时其发射率为0.2,而500时为0.3。 物体的表面状况。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是0.05。说明,同一材料,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发射率常常为磨光表面的数倍。,第四节 实际物体的吸收比 与基尔霍夫定律,本节主要介绍实际物体的吸收特性,以及吸收特性与发射特性的关系。 在吸收特性中
4、主要研究其主要影响因素及在特定条件下的计算。 介绍灰体的概念。 介绍物体的吸收比与发射率之间的关系,即基尔霍夫定律。 给出基尔霍夫定律的适用条件。,相关概念,投入辐射:单位时间内从外界辐射到单位表面积上的总辐射能称为投入辐射。 选择性吸收 :对外界来的不同波长的投入辐射,其吸收比不同,这叫作选择性吸收。 吸收比:物体对投入辐射所吸收的百分数称为吸收比。 光谱吸收比:物体对某一特定波长的辐射能所吸收的百分数称为光谱吸收比,也称为单色吸收比。,实际物体的吸收比,定义:物体对投入辐射所吸收的百分数称为吸收比,通常用 表示。,实际物体的光谱吸收比,定义:物体对某一特定波长的辐射能所吸收的百分数称为光谱吸收比,也称为单色吸收比,用符号 表示。,实际物体吸收比的特点,实际物体的吸收比取决于两方面的因素: 1. 吸收物体本身的情况:所谓物体本身的情况,是指物体的种类、物体的温度及物体的表面状况等; 2. 发射辐射能的物体的情况:包括发射物体的种类、温度和表面状况等。 由此可见,物体的吸收比比起发射率来要更加复杂。,金属导体的光谱吸收比与波长的关系,非导体材料光谱吸收比与波长的关系,选择性吸收,物体的
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