第九章 辐射换热的计算—复习题
• 5. 什么是一个表面的自身辐射、投入辐射及 有效辐射？有效辐射的引入对于灰体表面系 统辐射换热的计算有什么作用？ 答：自身辐射：物体从一个表面由于自身的 辐射性质而发射出动的辐射。 投入辐射：单位时间内投射到表面的单位面 积上的总辐射能。 有效辐射：单位时间内离开表面单位面积的 总辐射能。 作用：避免了在计算辐射换热时出现多次吸 收反射的复杂性。
第八章 热辐射基本定律及物体的 辐射特性—习题
• 8-11 把地球作为黑体表面，把太阳看成是 T=5800K的黑体，试估算地球表面的温度。 已知地球直径为1.29×107m，太阳直径为 1.39×109m，两者相距1.5×1011m。地球对 太空的辐射可视为对0K黑体空间辐射。 4 4 T 5800 • 解： Eb1 C0 5.67
第八章 热辐射基本定律及物体的 辐射特性—习题
• 8-1 一电炉的电功率为1kW，炉丝温度为 847℃，直径为1mm。电炉的效率（辐射 功率与电功率之比）为0.96。试确定所需 炉丝的最短长度。 4
T 0.96 1000 • 解： 0.96 E 0.96C b 0 dl 100 0.96 1000 l 3.425m 4 1120 3 10 5.57 100
第九章 辐射换热的计算—复习题
• 6. 对于温度已知的多表面系统，试总结求解 每一表面净辐射换热量的基本步骤。 答：温度已知时，发射率、辐射能可求出。 可采用网络法或数值方法求解。 但首先应计算出每个面的辐射能Ebi发射率εi， 解系数Xi,j。然后再计算各表面的有效辐射Ji， 最后由 Ebi J i 确定每个表面的净辐射换热 i 1 i 量。
《传热学》习题课（辐射换热）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
课件制作：尹华杰
第八章 热辐射基本定律及物体的 辐射特性—复习题
• 1. 什么叫黑体？在热辐射理论中为什么要引 入这一概念？ 答：黑体：吸收比等于1的物体。 因吸收比等于1，反射比和透射比等于零，黑 体的辐射能力最大。引入这一概念可使物体 辐射的研究简化，方便充分地研究物体辐射 的各种性质、规律。在研究了黑体辐射的基 础上，处理其他物体辐射时，与黑体相比较， 找出其与黑体辐射的偏离，然后确定修正系 数。把黑体的研究结果运用于实际。
dAc H=1m 传感器 θ θ dA
x1
热试件
d dA cos dL
第八章 热辐射基本定律及物体的 辐射特性—习题
dAc 直上下时 : d0 dA 2 L cos 0 dAdAc L 1 dAc cos 1 斜方向时 : d dA L cos cos 2 1 x1 1 x12 d dA
2 e 2 e 4
1
d — 太阳对地球所张立体角，l 为地球与太阳的距离时： d
l re 2
re2
第八章 热辐射基本定律及物体的 辐射特性—习题
dA — 太阳辐射面积，dA rs2 ; rs — 太阳半径； L L Eb1

把以上各式代入(1)式可得地球表面温度 : r Te 5800 2 l re
第八章 热辐射基本定律及物体的 辐射特性—复习题
• 9. 黑体辐射具有漫射特性。如何理解从黑 体模型(温度均匀的空腔器壁上的小孔)发出 的辐射能也具有漫射特性呢? 答：漫散特性是辐射从发射源向空间的各个方向均匀发
射。由于黑体模型的空腔器壁有一定的粗糙度，入射光进 入模型后，经过不规则的反射，折射，从 黑体模型的小孔中射出时，在各个方向均 有射线，由于小孔相对球体很小，从小孔 射出的光线辐射能量也较均匀
第九章 辐射换热的计算—复习题
• 10. 什么是气体辐射的平均射线程长？离开了气体所 处的几何空间而谈论气体的发射率与吸收比有没有实 际意义？ 答：气体辐射的平均射线程长：所研究情况下气体对 指定地区的辐射力等于半球内的气体具有与所研究情 况相同的温度压力和成分时，该半球内气体对球心的 辐射力，这个半球为当量半球，当量半球的半径为气 体辐射的平均射线程长。 没有实际意义。因为气体的光谱发射率和光谱吸收率 与射线行程的长度有关，而射线程长取决于气体容积 的形状和尺寸。
1 x
dAc
2 2 1
L 0.75dAdAc L x1
1 1 0.393m 0.75
dAc H=1m
传感器 θ θ dA
x1
热试件
第八章 热辐射基本定律及物体的 辐射特性—习题
• 8-15 已知材料A、B的光谱发射率ε（λ）与 波长的关系如附图所示，试估计这两种材料 的发射率ε随温度变化的特性，并说明理由。 解：由基尔霍夫定律： α(λ) B A α=ε 由式（7-20）：
100
太阳
l
dΩ
100
地球
第八章 热辐射基本定律及物体的 辐射特性—习题
d dA cos dL d — 地球向太空辐射的能量，r e为地球半径时： Te d Eb 2 4 r 4 r 5.67 100 cos cos 0 1
0 λ
第八章 热辐射基本定律及物体的 辐射特性—习题 E , T d E , T T d E T E T
0 b b b 0 b
由普朗克定律： e • 随温度升高，Ebλ（λ，T）~ λ曲线峰值向短波方向 移动，即Ebλ（λ，T）/ Eb（T）在短波处增大，而在 长波处减小。由题图可得：材料A的ε（T）随温度增 加而增大；材料B的ε（T）随温度增加而减小 Eb , T C15
第八章 热辐射基本定律及物体的 辐射特性—复习题
• 2. 温度均匀的空腔壁面上的小孔具有 黑体辐射的特性，那么空腔内部壁面的 辐射是否也是黑体辐射？ 答：不是。空腔内部壁面上的辐射有自 身辐射及反射辐射。
第八章 热辐射基本定律及物体的 辐射特性—复习题
• 3. 试说明，为什么在定义辐射力时要 加上“半球空间”及“全部波长”的说明？ 答：加上“半球空间”是说明，向各个 方向发射的辐射能；由于不同波长发射 的辐射能不同，加上“全部波长”说明， 辐射力是包括所有波长的辐射能。
第九章 辐射换热的计算—复习题
• 4. 实际表面系统与黑体系统相比，辐 射换热计算增加了哪些复杂性？ 答：有三个方面：㈠实际表面的吸收比 小于1，投入到实际表面上的辐射能的 吸收不是一次完成的，要经过多次反射； ㈡实际物体的材料对光谱辐射有一定的 选择性；㈢由一个实际物体表面向外发 射出的辐射能除了其自身的辐射力外还 包括了被反射的辐射能在内。
第八章 热辐射基本定律及物体的 辐射特性—复习题
• 5. 黑体的辐射能按空间方向是怎样分布的？定向 辐射强度与空间方向无关是否意味着黑体的辐射 能在半球空间各方向上是均匀分布的？ 答：黑体的辐射能在空间各个方向的定向辐射强 度相等。 单位辐射面积发出的辐射能，落到空间不同方向 单位立体角内的能量的数值不等，其值正比于该 方向与辐射面法线方向夹角的余弦。 不是均匀分布的，而是法线方向最大，切线方向 为零，服从余弦分布规律。
Ai i
第九章 辐射换热的计算—复习题
•
7. 什么是辐射表面热阻、什么是辐射空间热阻？ 网络法的实际作用你是怎样认识的？
1 1 答：辐射表面热阻：A ；辐射空间热阻： A1 X 1, 2
。网络法的实际作用是求解三表面封闭系统的 辐射换热问题；对大于或等于4表面封闭系统的 辐射换热问题的数值解法计算式的推导建立基 础。
第九章 辐射换热的计算—复习题
• 2. 角系数有哪些特性？这些特性的物理背景是 什么？ 答：角系数的特性：①相对性；②完整性；③ 可加性。 物理背景：相对性是当表面1与表面2的温度相 等时，净辐射换热量为零的结论。 完整性是封闭系统辐射换热的能量守恒原理的 结果。 可加性是从表面1上发出而落在表面2上的总能 量，等于落在表面2上各部分的辐射能之和的结 论。
第八章 热辐射基本定律及物体的 辐射特性—复习题
• 10. 什么叫太阳常数？在地面上所接受 到的太阳辐射与大气层外缘所接受到的 太阳辐射有什么不同？ 答：太阳常数：大气层外缘与太阳射线 相垂直的单位面积所接受到的太阳辐射 能1367±1.6W/m2，称为太阳常数。 在地面上所接受到的太阳辐射与大气层 外缘所接受到的太阳辐射不同点是：穿
第八章 热辐射基本定律及物体的 辐射特性—复习题
• 过大气层的辐射能的减弱。减弱包括两部 分，一部分为大气层中的云层和较大尘粒 把太阳辐射部分地反射回宇宙空间；一部 分是大气层中的O3、N2、O2、H2O及尘埃 等对太阳辐射的散射和吸收。使到达地面 的太阳辐射能比到达大气层外缘的减少了 对太阳直接辐射的反射回宇宙空间部分， 大气散射和吸收部分。
2 s 1 4
0.5 1.39 1011 5800 279.17 K 4 7 1.5 10 0.5 1.29 10
第八章 热辐射基本定律及物体的 辐射特性—习题
• 8-12 如附图所示，用一个运动的传感器 来测定传送带上一个热试件的位置。设 热试件的辐射具有黑体的特性，问传感 器与热试件之间的距离x1多大时，传感 器接收到的辐射能是传感器与试件位于 同一直线上时的75%？
第八章 热辐射基本定律及物体的 辐射特性—复习题
• 4. 黑体的辐射能按波长是怎样分布的？ 光谱吸收力Ebλ的单位中分母的“m3”代 表什么意义？ 答：黑体的辐射能按波长的分布服从普 5 朗克定律： c1 E b c 2 T e 1 光谱吸收力Ebλ的单位中分母的“m3”代 表：㎡· m，㎡代表单位辐射面积，m代 表单位波长范围。
C2
T 1
第九章 辐射换热的计算—复习题
• 1. 试述角系数的定义。“角系数是一个纯几何因子” 的结论是在什么前提下得出的？ 答：角系数的定义：表面1发出的辐射能中落到表面 2上的百分数称为表面1对表面2的角系数，记为X1,2。 角系数是一个纯几何因子的结论基于下面两个假定： ①所研究的表面是漫射的，说明反射在各个方向上 是均匀的；②在所研究表面的不同地点上向外发射 的辐射热流密度是均匀的。在这两个假定下，物体 的表面温度及发射率的改变，只影响到该物体向外 发射辐射能大小而不影响在空间的相对分布，因而 不影响辐射能落到其他表面上的百分数。