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熱輻射基本定律及物體的輻射特性-文庫(kù)吧在線文庫(kù)

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【正文】 2 黑體輻射的基本定律輻射力 E：單位時(shí)間內(nèi)，物體的單位表面積向半球空間發(fā)射的所有波長(zhǎng)的能量總和。第六章熱輻射及輻射換熱 167。圖 65 黑體模型 167。 63 實(shí)際固體和液體的輻射特性 1 發(fā)射率 ? 前面定義了黑體的發(fā)射特性：同溫度下，黑體發(fā)射熱輻射的能力最強(qiáng)，包括所有方向和所有波長(zhǎng)； ? 真實(shí)物體表面的發(fā)射能力低于同溫度下的黑體； ? 因此，定義了發(fā)射率 (也稱為黑度 ) ? ：相同溫度下，實(shí)際物體的半球總輻射力與黑體半球總輻射力之比 : 4TEEEb ?? ??上面公式只是針對(duì)方向和光譜平均的情況，但實(shí)際上，真實(shí)表面的發(fā)射能力是隨方向和光譜變化的。 167。設(shè)下標(biāo) 2分別代表所研究的物體和產(chǎn)生投入輻射的物體，則物體 1的吸收比為 )21,(d)(),(d)(),(),(2102202211的性質(zhì)表面的性質(zhì)，表面投入的總能量吸收的總能量TTfTETTETTbb??????????????????圖 618給出了一些材料對(duì)黑體輻射的吸收比與溫度的關(guān)系。為了將 Kirchhoff 定律推向?qū)嶋H的工程應(yīng)用，人們考察、推導(dǎo)了多種適用條件，形成了該定律不同層次上的表達(dá)式，見(jiàn)表。下面介紹角系數(shù)的概念及表達(dá)式。 ? ?? ? ??1 21 212,112212112,1 d1ddc osc os1A A ddA A AXArAAAX ???? ?? ? ??1 21 221,222212121,2 d1ddc osc os1A A ddA A AXArAAAX ???????????niin XXXXX1,1,13,12,11,1 1?上式稱為角系數(shù)的完整性。下面以三個(gè)非凹表面組成的封閉系統(tǒng)為例，如圖，面積分別為 A1， A2和 A3 ，則根據(jù)角系數(shù)的相對(duì)性和完整性得 : 2,333,222,31,31,333,113,21,21,222,113,12,1111XAXAXXXAXAXXXAXAXX?????????通過(guò)求解這個(gè)封閉的方程組，可得所有角系數(shù)，如 X1,2為 : 圖三個(gè)非凹表面組成的封閉系統(tǒng) 13212,1 2 AAAAX ???若系統(tǒng)橫截面上三個(gè)表面的長(zhǎng)度分別為 l1， l2和 l3，則上式可寫(xiě)為 13212,1 2 llllX ???下面考察兩個(gè)表面的情況，假想面如圖，根據(jù)完整性和上面的公式，有 : 圖兩個(gè)非凹表面及假想面組成的封閉系統(tǒng) abadbdabXabbcacabXXXXbdabacabbdabacabcdab221,?????????解方程組得 : 的斷面長(zhǎng)度表面不交叉線之和交叉線之和1, 22)()(AabbdacadbcXcdab ???????該方法又被稱為交叉線法。如圖，兩個(gè)表面的凈換熱量為的部分面的部分面效輻射到達(dá)表效輻射到達(dá)表發(fā)出的有表面發(fā)出的有表面12211,2222,1112,1????? XJAXJA根據(jù)下式及能量守恒有 ?????????????????????????????????1,22,11,2222222,1111111111??bbEAAJEAAJ(d) qEJ b )11( ??? ?于是有 2222,11111212,1 111AXAAEE bb???? ???????圖兩個(gè)物體組成的輻射換熱系統(tǒng) ?????? ????????? ?????11111)(2212,112112,1?? AAXEEA bb定義系統(tǒng)黑度 (或稱為系統(tǒng)發(fā)射率 ) ???????? ?????????? ???11111121,212,1 ???XXs?????? ????????? ????11111)(2212,112112,1?? AAXEEA bb)( 212,112,1 bbs EEXA ??? ?)( 212,112,1 bb EEXA ???與黑體輻射換熱比較，上式多了一個(gè) ，它是考慮由于灰體系統(tǒng)多次吸收與反射對(duì)換熱量影響的因子。對(duì)于黑表面， ? ＝ 1 ? Rr ＝ 0 即，黑體的表面熱阻等于零。 iiiibiiAJE??????1總結(jié)上面過(guò)程，可以得到應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)法的基本步驟如下： b 有一個(gè)表面絕熱，即該表面的凈換熱量為零。此時(shí)，該表面的溫度一般是已知的。現(xiàn)在在兩面之間插入一塊發(fā)射率仍為的遮熱板，這樣就組成了兩個(gè)換熱系統(tǒng)，如圖 . 1, 1,22,12121 ????? XXAA???)(11121221212,1 bbbb EEEEq ?????? ????穩(wěn)態(tài)時(shí)有 : ????????????????2,33,12,1212,1232,3313,1)(21)()(qqqEEqEEqEEqbbsbbsbbs???可見(jiàn)，與沒(méi)有遮熱板時(shí)相比，輻射換熱量減小了一半。這是由于輻射可以進(jìn)入氣體，并在其內(nèi)部進(jìn)行傳遞，最后有一部分會(huì)穿透氣體而到達(dá)外部或固體壁面，因而，氣體的發(fā)射率和吸收比還與容器的形狀和容積大小有關(guān) 。于是需要首先確定氣體的發(fā)射率，然后利用計(jì)算氣體的發(fā)射輻射。圖正系數(shù) ，于是，水蒸氣的發(fā)射率為 g?OHC2*222 OHOHOH C ?? ?02 ?OHp *2OH?對(duì)應(yīng)于的圖分別是。則其半徑就是等效的射線程長(zhǎng)，見(jiàn)圖。 0,?LxL,? xdL,?xxLL,d??理論上已經(jīng)證明，與行程 dx 成正比，設(shè)比例系數(shù)為，則有 xKxKLLxx dd,??? ??式中，負(fù)號(hào)表示吸收，為光譜衰減系數(shù) ， m1，它取決于其體的種類、密度和波長(zhǎng)。 1 氣體輻射的特點(diǎn) (1) 氣體輻射對(duì)波長(zhǎng)具有選擇性。削弱輻射換熱的主要途徑有三種： (1) 降低發(fā)射率； (2) 降低角系數(shù)； (3) 加入隔熱板。這種表面溫度未定而凈輻射換熱量為零的表面被稱為重輻射面。下面再來(lái)看一下三個(gè)表面的情況，見(jiàn)圖。但需要注意的是，這兩種方法都離不開(kāi)角系數(shù)的計(jì)算，所以，必須滿足漫灰面、等溫、物性均勻以及投射輻射均勻的四個(gè)條件。所采用的方法稱為 “ 凈熱量 ” 法。直接積分法的結(jié)果見(jiàn)公式()~()。G為投射輻射。角系數(shù)的概念是隨著固體表面輻射換熱計(jì)算的出現(xiàn)與發(fā)展，于 20世紀(jì) 20年代提出的，它有很多名稱，如，形狀因子、可視因子、交換系數(shù)等等。最簡(jiǎn)單的推導(dǎo)是用兩塊無(wú)限大平板間的熱力學(xué)平衡方法。能量投入的某一特定波長(zhǎng)的能量吸收的

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