熱輻射基本定律及物體的輻射特性(已改無錯字)

　　

【正文】 采用的方法稱為 “ 凈熱量 ” 法。 的部分的部分到達表面到達表面的熱輻射的熱輻射發出表面發出表面1221)(212,111,2222,1112,1???????bbbbEEXAXEAXEA圖 黑體系統的輻射換熱 1 黑體表面 如圖 ，黑表面 1和 2之間的輻射換熱量為 2 漫灰表面 灰體間的多次反射給輻射換熱的計算帶來麻煩 ， 此時需要采用前面講過的投入輻射 G和有效輻射 J的概念 。 下面在假設表面物性和溫度已知的情況下 ， 考察 J與表面凈輻射換熱量之間的關系 ， 為計算漫灰表面間的輻射換熱作準備 。 如圖 ， 對表面 1來講 ， 凈輻射換熱量 q為 111111111 GEGEGJq b ??? ??????消去上式中的 G1，并考慮到 ，可得 11 ?? ?qEJ b )11(111 ??? ? qEJ b )11( ????即： 下面來分析兩個等溫漫灰表面封閉系統內的輻射換熱情況。如圖 ，兩個表面的凈換熱量為 的部分面的部分面效輻射到達表效輻射到達表發出的有表面發出的有表面12211,2222,1112,1????? XJAXJA根據下式及能量守恒有 ?????????????????????????????????1,22,11,2222222,1111111111??bbEAAJEAAJ(d) qEJ b )11( ??? ?于是有 2222,11111212,1 111AXAAEE bb???? ???????圖 兩個物體組成的輻射換熱系統 ?????? ????????? ?????11111)(2212,112112,1?? AAXEEA bb定義系統黑度 (或稱為系統發射率 ) ???????? ?????????? ???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 ，它是考慮由于灰體系統多次吸收與反射對換熱量影響的因子。 s?三種特殊情形 (1) 表面 1為凸面或平面，此時， X1,2＝ 1，于是 ??????? ???????? ???1111112212,112,1 ???AAXXs?????? ??11112211 ???AAs(2) 表面積 A1比表面積 A2小得多，即 A1/A2 ? 0 于是 1?? ?s(3) 表面積 A1與表面積 A2相當，即 A1/A2 ? 1 于是 111121?????? s167。 多表面系統輻射換熱的計算 凈熱量法 雖然也可以用于多表面情況 ， 當相比之下網絡法更簡明 、 直觀 。 網絡法 (又稱熱網絡法 ， 電網絡法等 )的原理 ， 是用電學中的電流 、 電位差和電阻比擬熱輻射中的熱流 、 熱勢差與熱阻 ， 用電路來比擬輻射熱流的傳遞路徑 。 但需要注意的是 ， 這兩種方法都離不開角系數的計算 ，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條件 。 下面從介紹相關概念入手 ， 逐步展開 。 (1) 熱勢差與熱阻 上節公式 ()： 改寫為： 式中， 稱為表面熱勢差； 則被稱為表面 輻射熱阻。 ????AJEorJEq bb???????11JEb ? ??? ? Aor ?? 11qEJ b )11( ??? ?111111111GEGEqGJqb ??? ??????外部： 內部： 圖 表面輻射熱阻 bE???A?11J表面輻射熱阻見圖 ，可見， 每一個表面都有一個表面輻射熱阻。 對于黑表面， ? ＝ 1 ? Rr ＝ 0 即， 黑體的表面熱阻等于零。 又根據上節中的公式 (d) 1,2222,1112,1 XJAXJA ???以及角系數相對性 ？ 1,222,11 XAXA ?式中， 是空間熱勢差， 則是空間輻射熱阻，如圖 ，可見， 每一對表面就有一個空間輻射熱阻。 2,1121212,112,1 1)(XAJJJJXA?????? 21 JJ ? 2,111XA圖 空間輻射熱阻 1J?2,111XA2J(2) 網絡法的應用舉例 首先來看前面講過的兩漫灰表面組成的封閉系統 ， 參見 圖， 其等效網絡圖見 11所示 ， 根據電路中的 基爾霍夫定律 —— 流入節電的電流總和等于零 ， 列出個個節點的熱流方程 ，組成有效輻射的聯立方程組 ， 見左式 圖 兩表面封閉系統輻射換熱等效網絡圖 1bE 2,1?1111 ??A?2J1J 2bE2221 ??A?2,12,11XA011:011:2,11212222222,1112111111??????????XAJJAJEJXAJJAJEJbb????求解上面方程組獲得 ，根據： 計算凈輻射熱流，其中 i 代表表面 1或表面 2。 21 JorJiiiibiiAJE??????1在上面的過程中需要注意的是 (1)節點的概念； (2)每個表面一個表面熱阻 ， 每對表面一個空間熱阻； (3)以及畫電路圖的一些基本知識 。 下面再來看一下三個表面的情況 ， 見圖 。 與兩個表面相似 ，首先需要畫出等效網絡 ， 見圖 ， 然后 ， 列出各節點的電流方程 。 由三個表面組成的封閉系統 三表面封閉腔的等效網絡圖 節點 的熱流方程如下： 321 , JandJJ求解上面的方程組，再計算凈換熱量。 A 畫等效電路圖； B 列出各節點的熱流 (電流 )方程組； C 求解方程組，以獲得各個節點的等效輻射； D 利用公式 計算每個表面的凈輻 射熱流量。 iiiibiiAJE??????1總結上面過程，可以得到應用 網絡法的基本步驟 如下： b 有一個表面絕熱， 即該表面的凈換熱量為零 。其網絡圖見圖 和 ，與黑體不同的是，此時該表面的溫度是未知的。同時，它仍然吸收和發射輻射，只是發出的和吸收的輻射相等。由于，熱輻射具有方向性，因此，他仍然影響其它表面的輻射換熱。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 。 圖 三表面系統的兩個特例 (3) 兩個重要特例