辐射

辐射
热辐射是由物体由于其温度的原因而以电磁波的形式发出的热能。温度在绝对零度以上的任何物体都会发出热能。由于电磁波在真空中传播,因此不需要任何介质就可以发生辐射。下图显示了相比较其他方式(X 射线、? 射线、宇宙射线等)所发出的辐射来说热辐射的范围(波长)。

太阳的热能通过辐射到达地球。由于电磁波以光速传播,因此辐射是速度最快的传热机制。

辐射基本定义
下面列出了辐射传热中使用的一般术语和定义。
黑体
理想辐射体,可发射和吸收最大数量的任何温度和波长的辐射。黑体示例为加热腔中的一个小孔。
照射度
辐射从每单位面积的所有方向入射到某个表面的速率。
辐射度
辐射由于在表面的每单位面积的所有方向上发射和反射而离开表面的速率。
吸收率 (?)
表面所吸收的那部分入射辐射。
反射率 (?)
表面所反射的那部分入射辐射。
黑体的反射率为零。
透射率 (?)
表面所透过的那部分入射辐射。
该软件假设透射率为零。
以下关系显示了表面的吸收率、反射率和透射率之间的联系:????????? = 1。

发射功率 (E)
在表面的每单位面积的所有方向发射的辐射率。E 的单位是 W/m2。
发射率 (?)
在同一温度下表面的发射功率与黑体的发射功率之比。
? = E/Eb
其中 Eb 是同一温度下黑体的发射功率。表面的发射率是温度的函数。
Stefan-Boltzmann 定律
Stefan-Boltzmann 定律提出:黑体的总发射功率 Eb 由以下公式计算出:
Eb = ? T4
其中 ? 是 Stefan-Boltzmann 常数, T 是黑体的绝对温度。Stefan-Boltzmann 常数的值是 5.67x10 -8 W/m2 K4 或 3.3063 x 10-15 Btu/s.in2.F4。黑体辐射的光谱变化由 Planck 分布描述 。在所有波长 (?) 上求 Planck 分布定律的积分可给出 Stefan-Boltzmann 定律。
当表面面积为 (A) 的黑体放在环境温度为 Ta 的介质中时,黑体辐射热的净速率可由以下公式计算出:
Q辐射 = ? A ( Ts4 - Ta4 ), Ts> Ta。
其中:
Ts = 黑体的绝对温度
Ta = 周围介质的绝对温度(环境温度)
真实表面的辐射发射
适用于辐射在黑体和周围介质之间的热交换净速率的 Stefan-Boltzmann 定律对于真实表面应该进行修正。对于非黑体表面,光谱辐射强度不遵循 Planck 分布,所发出的辐射具有首选的发射方向。
针对非黑体修正后的 Stefan-Boltzmann 定律由以下公式给出:
Q辐射 = ? ? A ( Ts4 - Ta4 )
其中 ? 是辐射表面的发射率,定义成在同一温度下表面的发射功率与黑体的发射功率之比。为材料指定的发射率值介于 0 和 1.0 之间。因此,黑体的发射率为 1.0,理想反射体的发射率为 0。
发射率是取决于表面温度和表面粗糙度的一种材料属性。

 

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