d() I cos
dA d
又称余弦定律 3) 黑体辐射法向方向最大，切线方向为零
27
《传热学》讲义 5 黑体定向辐射强度与辐射力之间的关系
d() I cos
dA d
Eb
d ( dA
)
Ib
cos
d
I b cos sin d d
2
2
I b 0
d 0
cos sin d
Ib
3. 物体表面的发射率取决于物质种类、表面温度和表面状况。 这说明发射率只与发射辐射的物体本身有关，而不涉及外 界条件。
45
《传热学》讲义
8-4 实际物体对辐射能的吸收与辐射的关系
• 为什么要研究实际物体吸收特性？ 通过热辐射交换热量 辐射与吸收之间的收支情况
• 吸收特性与辐射特性之间有什么关系？ 黑体 实际物体
37
《传热学》讲义
三 实际物体的定向辐射强度
实际物体
• IIb 同温度
• 与有关 1 定向发射率 （）
I Ib
• （）：0～1 • 一般与有关
• 漫射表面
38
《传热学》讲义 2 实际物体定向发射率 （）的变化规律
金属导体 • 0～30º，（）常数 • 然后随增大而增大 • 接近90º时急剧减小
黑体？
41
4 影响、、的因素
《传热学》讲义
• 仅仅取决于物体自身，与外界无关 物体的种类 物体表面温度 物体表面状况：氧化与否、光滑程度等
• 表8-2 注意温度范围
42
四 小结和说明
《传热学》讲义
对应于黑体的辐射力Eb，光谱辐射力Eb和定向辐射强度I， 分别引入了三个修正系数，即：发射率，光谱发射率( )和定
物体之间通过热辐射交换热量的过程。
当系统达到热平衡时，辐射换热量为零，但热辐射仍然不
断进行。
2
《传热学》讲义
2. 特点
• 任何物体，只要温度高于0 K，就会不停 地向周围空间发出热辐射；
• 可以在真空中传播； • 伴随能量形式的转变； • 具有强烈的方向性； • 辐射能与温度和波长均有关
3
《传热学》讲义
39
《传热学》讲义
非金属
• 0～60º，（）常数，然后随增大而急
剧减小
40
《传热学》讲义
3 法向黑度n 实际物体的（）随变化很大 • 半球平均发射率基本为常数 高度磨光表面n＝1.2 粗糙表面n＝0.98 一般光滑表面n＝0.95 • 所以，大多数工程材料n
实际上我们并不关心物体表面局部的热辐射特性！
28
6 例题
《传热学》讲义
例 8－4
29
四 小结
《传热学》讲义
Stefan-Boltzmann’s Law Planck’s Law Lambert’s Law
总体 按波长分布 在空间分布
30
《传热学》讲义
作业
8-5、8-6、8-8
31
《传热学》讲义
8-3 固体和液体的辐射特性
｛总体 按波长分布 按空间分布
《传热学》讲义 一般有两种处理方法 （1）灰体法：即将光谱吸收比 () 等效为
常数，即 = () = const。并将()与波长
无关的物体称为灰体，与黑体类似，它也是一 种理想物体，但对于大部分工程问题来讲，灰 体假设带来的误差是可以容忍的；
（2）谱带模型法：即将所关心的连续分布的
谱带区域划分为若干小区域，每个小区域被 称为一个谱带，在每个谱带内应用灰体假设。
53
《传热学》讲义 4 灰体
• 定义：物体的光谱吸收比与波长无关 • 好处：对外界一视同仁 • 理想模型
在一般工业温度水平，大多数工程材 料均可看成灰体
吸收特性与辐射特性之间有什么关系？
54
《传热学》讲义
二 基尔霍夫（Kirchhoff）定律
1859年，Kirchhoff （德国物理学家，当时25 岁）提出了Kirchhoff 定律。
4 Wien位移定律
ma Tx2.91 0 3mK
太 阳 表 面 温 度 约 为 5800K ，
由上式可求得max0.5 m，位于
可见光范围内。可见光占太阳辐
射能的份额约为44.6% 。
对于2000K温度下黑体, 可求得max1.45 m，位
于红外线范围内。
18
5 黑体辐射函数
Eb
2 1
Ebd
《传热学》讲义
3 物体对热辐射的吸收、反射和穿透
当热辐射投射到物体表面上时， 一般会发生三种现象，即吸收、 反射和穿透，如图8-2所示。
QQ Q Q
Q Q Q 1 QQQ
absorptivity
1 图8.2 物体对热辐射的
吸收、反射和穿透
reflectivity
transmissivity
6
《传热学》讲义
对于大多数的固体和液体
只涉及表面
0, 1
对于不含颗粒的气体 整个气体容积
0, 1
对于黑体 1
镜体或白体 1
透明体
1
假想的
7
《传热学》讲义 4 反射同样具有镜反射和漫反射的分别
镜反射
漫反射 8Leabharlann 三 黑体模型《传热学》讲义
1 为什么？ 2 黑体模型
• 可以全部吸收透射到其表面上的所有波长 的辐射能；
《传热学》讲义
第八章 热辐射基本定律和 辐射特性
主要从宏观的角度介绍热辐射的基本概念、 基本定律。
1
8-1 热辐射的基本概念
一 热辐射
1. 定义
《传热学》讲义
热辐射－thermal radiation
物体由于热的原因（温度高于 0 K）而发射电磁波的现象。
辐射换热－radiation heat transfer
所有这些差别全部归于上面的系 数； 在工程上一般都将真实表面假设 为漫发射面。
《传热学》讲义
44
本节中，还有几点需要注意
《传热学》讲义
1. 将不确定因素归于修正系数，这是由于热辐射非常复杂， 很难理论确定，实际上是一种权宜之计；
2. 服从Lambert定律的表面成为漫射表面。虽然实际物体的 定向发射率并不完全符合Lambert定律，但仍然近似地认 为大多数工程材料服从Lambert定律，这有许多原因；
二 热辐射具有电磁波的共性
1 f＝C 2 电磁波谱
4
《传热学》讲义
• 理论上覆盖整个电磁波谱； • 对于太阳辐射（约5800K）：0.22m； • 可见光0.380.76m
红外线0.76251000m • 一般工业范围内（2000K以下）：
0.38100m 0.7620m • 远红外加热技术
5
《传热学》讲义
50
《传热学》讲义 如果投入辐射来自黑体，则上式可变为
1＝ f ( T1，T2，表面1的性质)
51
《传热学》讲义
物体的选择性吸收特性 • 太阳能集热器 • 太阳镜、防晒霜等 • 农业生产 • 多彩的世界 • 给工程中辐射换热的计算带来巨大麻烦
一般有两种处理方法 （1）灰体法 （2）谱带模型法
52
2 表达式
Eb T4
Eb
C0
T 4 100
• －Stefan-Boltzmann常数
5.6710-8 W/(m2·K4)
• C0－黑体辐射系数 5.67 W/(m2·K4)
13
《传热学》讲义
3 说明
• 1879年由Stefan根据实验结果提出，1884 年由Boltzmann用理论分析法予以证实；
20
《传热学》讲义
6 黑体辐射力中不同波长辐射能的比例 (1) 例8-3
温度（K） 1000 3000 6000
可见光 < 0.1% 11.4% 45.5%
红外线 > 99.9% 88.5% 43.0%
(2)定性上实际物体的光谱辐射力按波长分
布的规律………一致
21
《传热学》讲义
三 Lambert’s Law
• 单位：W/m3
• E和E关系
E 0 Ed
15
2 Planck定律
Eb
c15
ec2 (T) 1
《传热学》讲义
式中：
λ— 波长，m
T — 黑体温度，K
c1 — 第一辐射常数，3.742×10-16 Wm2；
c2 — 第二辐射常数，1.4388×10-2 WK；
16
《传热学》讲义 “Planck定律”
1 立体角 平面角 定义：球面面积除以球半径的平方 单位：sr(球面度)
d dAc
r2
22
《传热学》讲义
23
d dAc r2
dA crdrsind
dsindd
《传热学》讲义
在相同的立体角的基础上比较！
24
2 单位可见辐射面积
《传热学》讲义
在相同的可见辐射面积的基础上比较！
25
《传热学》讲义
• Boltzmann其人 热科学领域杰出的科学家 1906年 亚德里亚海 Boltzmann transport equation
• ET4
14
二 Planck’s Law
《传热学》讲义
1 光谱辐射力E spectral emissive power
• 单位时间、单位波长范围内(包含某一 特定波长)、物体的单位表面积向半球 空间发射出去的辐射能。
向发射率( )，其表达式和物理意义如下
实际物体的辐射力与黑体辐 射力之比:
E Eb
0
()Ebd T4
实际物体的光谱辐射力与黑 ( ) E
体的光谱辐射力之比：
Eb
实际物体的定向辐射强度与 () I() I()