实际物体辐射特性
灰体
辐射传热计算
角系数
封闭系统辐射传热计算
气体辐射的特点
辐射传热的强化和抑制 2/95
传热学 Heat Transfer
辐射换热应用背景介绍
• 航空航天 • 传统工业 • 高新技术 • 日常生活 • ………
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航空航天
传热学 Heat Transfer
火箭发射
空间站
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传统工业
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
Q Q Q Q
Q Q Q 1 QQQ
absorptivity
1
reflectivity transmissivity
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对于大多数的固体和液体
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2、Planck定律
传热学 Heat Transfer
Eb
c15
ec2 (T ) 1
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
1、f＝C 2、电磁波谱
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• 理论上覆盖整个电磁波谱； • 可见光0.380.76m
红外线0.7625100m • 一般工业范围内（2000K以下）：
0.76100m
0.7620m ?
• 对于太阳辐射（约5800K）：0.22m
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黑体辐射有三个基本定律 Stefan-Boltzmann’s Law Planck’s Law Lambert’s Law
从不同角度描述了一定温度下的黑体辐射的基本规律
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一、Stefan-Boltzmann’s Law
1、辐射力E emissive power • 单位时间内，物体的单位表面积向半球 空间发射的所有波长的能量总和 • 单位：W/m2 • 从总体上表征了物体辐射能力的大小
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
假想的
透明体
1
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传热学 Heat Transfer
4、反射同样具有镜反射和漫反射的分别
镜反射
漫反射
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三、黑体模型 1、为什么？
传热学 Heat Transfer
2、黑体模型
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传热学 Heat Transfer
2、表达式
Eb T 4
Eb
C0
T 100
4
• －Stefan-Boltzmann常数
5.6710-8 W/(m2·K4) • C0－黑体辐射系数
5.67 W/(m2·K4)
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传热学 Heat Transfer
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；
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§8-1 热辐射的基本概念
一、热辐射
1、定义 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
辐射传热－radiation heat transfer • 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，辐射传热量为零，但热
• Boltzmann其人
热科学领域杰出的科学家
Boltzmann transport equation
f V f F f f
p scattering / collision
1906年 亚德里亚海
• ET4
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传热学 Heat Transfer
二、Planck’s Law 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 • 单位：W/m3
辐射仍然不断进行
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2、特点
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• 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
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传热学 Heat Transfer
二、热辐射具有电磁波的共性
• 可以全部吸收投射到其表面上的所有波长 的辐射能；
• 现实世界中并不存在严格意义上的黑体；
• 实验室模型
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传热学 Heat Transfer
带有小孔的温度均匀的空腔
• 小孔的孔径越小越 大；
• 温度均匀是为了保 证辐射均匀且各向 同性。
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传热学 Heat Transfer
§8-2 黑体辐射的基本定律
光—热转换
太阳能热水器
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传热学 Heat Transfer
太阳能利用(2)
太阳能灯
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传热学 Heat Transfer
太阳能利用(3)
太阳能光伏发电站
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传热学 Heat Transfer
太阳能利用(4)
德国新议会大厦
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传热学 Heat Transfer
第八章 热辐射基本定 律和辐射特性
日常生活(1)
人体散热
人体与墙壁间的热交换
太阳能利用
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日常生活(2)
保温瓶的散热
窗帘对太阳能 的阻隔作用
说明：不要以为辐射只有在高温 时才重要，其实在常温甚 至低温下有时也很重要，
辐射换热的推动力是温差。
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太阳能利用(1)
传热学 Heat Transfer
锅炉炉膛
钢铁冶炼高炉
说明：高炉中的高温火焰与炉膛的热量交换方式 主要依靠辐射换热。
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高新技术
计算机芯片冷却
激光加工
说明：随着计算机等高新技术的飞速发展，“热障” 问题越来越成为人们关注的焦点。
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传热学 Heat Transfer
传热学 Heat Transfer
辐射传热
Radiative/Radiation Heat transfer
Radiative Heat Transfer
Michael F. Modest @ PennState
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主要内容
传热学 Heat Transfer
热辐射基本定律和特性
基本概念
基本定律