管式加热炉热辐射的基本概念

1.2.2 斯蒂芬-波尔兹曼（Stefan-Boltzman） 定律－黑体辐射能力与温度的关系
1.2.3 兰贝特（Lambert）定律－余弦定率
1.2.1 普朗克（Planck）定律：
黑体的单色辐射能力与波长及温度的定量关系：
E0
C
5
1
eC2 / T 1
式中：λ－黑体辐射的波长，m； T－黑体的绝对温度，K； C1、C2－普朗克常数，C1=3.743×10-
1.2.3 兰贝特定律—余弦定律：
说明了黑体表面向它上面的半球空间不同方向 上的辐射能量与法线方向上的辐射能量的关系 内容： I0 I0n cos
I0n—黑体的微元面积dA在法线方向上 的辐射强度，W/(m2·sr)；
Φ—给定方向与法线方向的夹角，sr
说明：
①兰贝特定律又称余弦定律；
②当φ=0时，Iφ=0=I0n，辐射强度最大； 当φ=90º时，Iφ=90º=0；
c.定义：镜反射；漫反射
d.ρ=1，α=τ=0：全反射体，又称绝对白体或镜体 如理想的金属镜面；
τ=1，α=ρ=0：透明体，如空气； α=1，ρ=τ=0：黑体
1.1.3 黑体的定义：
黑表面：能全部吸收投射到它表面上的热辐射的表面
黑体：具有黑表面的物体，称为绝对黑体，或简称 黑体，用下标“0”表示
说明：①自然界中并不存在真正的绝对黑体； ②黑体模型：
波长/μm
热射线
宇宙射线 伽马射线 伦琴射线 紫外线 可见光 红外线 无线电波
＜1×10-7 1×10-７～1×10-5 1×10-5～2×10-2
2×10-2～0.38 0.38～0.76 0.76～1×103 1×103～2×1010
注：固体液体的光谱连续；气体光谱不连续
1.1.2 热辐射的吸收、反射和透过：
16W·m2； C2=1.4387×10-2m·K；
E0λ－黑体的单色辐射能力，W/m2。
讨论：
①黑体的E0λ与表面形状无 关，E0λ=f(λ,T)； ②如图：当λ→0或λ→∞
时，Eoλ→0；同一波长下， T有且只有一个最大值：
微分，令：
mT 2.910 3m • K
③I0和E0的关系：
2
E0 I0n 0
d
2 sin coss
0
I0n
上式说明：E0为Ion的π倍；
④遵循兰贝特定律的表面称为兰贝特表面，黑体表 面就是一个兰贝特表面；
⑤以上三个定律只适用于黑体。
1.3 实际物体的热辐射
1.3.1 实际物体与黑体的区别与联系 1.3.2 克希霍夫（Kirchhoff）定律 1.3.3 灰体
1.2.2 斯蒂芬－波尔兹曼
（Stefan-Boltzman）定律：
黑体的全波长辐射能力 ：
E0 0 E0 d 0
e
C
C2 /
5
1
T
1
d
积分后：
E0
0T 4
C0
T 100
4
式中：σ0－黑体辐射常数， σ0=5.67×10-8W/(m2·K4) C0=5.67
故：E0∝T４，高温时不能忽略辐射传热。
⒉单色辐射能力Eλ：
定义：物体在λ至λ+Δλ的波段内的辐射能力
E
lim
0
E
dE
d
W/(m2·μm)或 W/m3
说明：①Eλ反映了物体的辐射能力随λ（0-∞）的
分布情况：
E 0 E d
②Eλ≠E０λ， Eλ＝f（波长，T）
1.1.4 物体的辐射能力、辐射强度：
⒊立体角和辐射强度：
立体角：以物体表面上的一点对辐射面所张开的角度
第七章 管式加热炉
第1节 热辐射的基本概念
1.1 基本概念 1.2 黑体辐射的基本定律 1.3 实际物体的热辐射 1.4 气体的辐射与吸收
1.1 基本概念
1.1.1 热辐射的特性 1.1.2 热辐射的吸收、反射和透过 1.1.3 黑体的定义 1.1.4 物体的辐射能力、辐射强度
1.1.1 热辐射的特性：
1.3.1 实际物体与黑体的区别与联系
⒈实际物体的辐射能力不服从斯蒂芬－波尔 兹曼定律
自然界一切物体的辐射能力均小于同温度下黑体的 辐射能力； 引入相对辐射能力：ε=E/ E0，又称黑度，发射率 影响因素：①ε它与物体温度和表面性质（表面温 度、表面状况等）有关；
②ε恒小于1。
1.3.1 实际物体与黑体的区别与联系
1.1.4 物体的辐射能力、辐射强度：
⒈物体的辐射能力E：
定义：物体单位表面积、单位时间向半球空间所有 方向发射的全部波长（λ=0～∞）的总辐射能，又称 半球辐射能力、自身辐射
E d 2Q
W/m2
dAd
说明：①E与表面的性质、温度有关：T↑→E↑；
②相同的温度下，黑体的辐射能力最大。
1.1.4 物体的辐射能力、辐射强度：
－－维恩（Wien）位移定律
故：黑体单色辐射能力的最大值随着其温度的升高向波长
较短的一边移动。
可凭借火焰的颜色来判断火焰的温度：
温度 ℃
火焰 颜色
700 暗红
900
樱桃 红
1100 橙黄
>1400
白色 炽热体
温度>1400℃，可见光范围； 太阳表面：T≈6000K，可见光范围； 工业温度（约2000℃）：集中在λ=0.8～10μm的红外线 波段内。
Q= Qα+ Qρ+ Qτ 或 Qα/Q + Qρ/Q + Qτ/Q=1
⒈吸收率α、反射率ρ和透过率τ：
定义：α= Qα/Q 吸收率 ρ= Qρ/Q 反射率 τ= Qτ/Q 透过率
⒉说明：
a. 凡是善于反射的物体就一定不能很好的吸收热 辐射； b.α、ρ= f（物体性质、T、辐射波长λ）；
对热射线的反射和吸收有重大影响的，不是表面的 颜色，而是表面的状况；
定义：用电磁波传递能量的过程 特点：①在传递过程中不需要任何介质；
②热辐射过程中不仅有热量的转移过程，而 且还有能量形式的转换；
③任何物质，只要T＞０K，均可辐射热量；
微粒性：发射和吸收时－光子－光子能量E
特性：
波动性：传播时－电磁波－波长λ或频率υ
E = hν λ=C/ν
电磁辐射波谱：
辐射线名称
辐射强度：物体单位表面积、单位时间内向空间单位
立体角所发射的全部波长的辐射能
I
d 3Q
dAdd
dE
d
W/(m2·sr)
说明：①dω－物体向给定方向发射能量所占据的立
体角，sr（球面度）；
②E与I的关系为： E
2
Id
0
1.2 黑体辐射的基本定律
1.2.1 普朗克（Planck）定律－ 黑体辐射能力按波长的分布规律