传热学第8章答案

第八章1．什么叫黑体？在热辐射理论中为什么要引入这一概念？2．温度均匀得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？3．试说明，为什么在定义物体的辐射力时要加上＂半球空间＂及＂全部波长＂的说明？4．黑体的辐射能按波长是怎样分布的？光谱吸收力bE的单位中分母的＂3m＂代表什么意义？5．黑体的辐射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？6．什么叫光谱吸收比？在不同光源的照耀下，物体常呈现不同的颜色，如何解释？7．对于一般物体，吸收比等于发射率在什么条件下才成立？8，说明灰体的定义以及引入灰体的简化对工程辐射传热计算的意义．9．黑体的辐射具有漫射特性．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？黑体辐射基本定律8-1、一电炉的电功率为1KW，炉丝温度为847℃，直径为1mm。电炉的效率为0.96。试确定所需炉丝的最短长度。解：5.67×341096.0100847273dL得L=3.61m8-2、直径为1m的铝制球壳内表面维持在均匀的温度500K，试计算置于该球壳内的一个实验表面所得到的投入辐射。内表面发射率的大小对这一数值有否影响？解：由40100TCEb＝35438W/2m8-3、把太阳表面近似地看成是T=5800K的黑体，试确定太阳发出的辐射能中可光所占的百分数。解：可见光波长范围是0.38～0.76m40100TCEb＝64200W/2m可见光所占份额%87.44001212bbbFFF8-4、一炉膛内火焰的平均温度为1500K，炉墙上有一着火孔。试计算当着火孔打开时从孔向外辐射的功率。该辐射能中波长为2m的光谱辐射力是多少？哪种波长下的能量最多？解：40100TCEb＝287W/2m310/51/1074.912mWecETcbT＝1500K时，mm121093.18-5、在一空间飞行物的外壳上有一块向阳的漫射面板。板背面可以认为是绝热的，向阳面得到的太阳投入辐射G=1300W/2m。该表面的光谱发射率为：m20时;5.0m2时2.0。试确定当该板表面温度处于稳态时的温度值。为简化计算，设太阳的辐射能均集中在0～2m之内。解：由4100TCG得T=463K8-6、人工黑体腔上的辐射小孔是一个直径为20mm的圆，辐射力25/1072.3mWEb。一个辐射热流计置于该黑体小孔的正前方l=0.5m，处，该热流计吸收热量的面积为1.65102m。问该热流计所得到的黑体投入辐射是多少？解：25/10185.1mWELbbWALrAbc2.37.104.652所得投入辐射能量为37.2×6.4×510＝31038.2W8-7、用特定的仪器测得，一黑体炉发出的波长为0.7m的辐射能（在半球范围内）为38/10mW，试问该黑体炉工作在多高的温度下？该工况下辐射黑体炉的加热功率为多大？辐射小孔的面积为24104m。解：1/512TcbecE代入数据得：T=1214.9KWTAC4.49100408-8、试确定一个电功率为100W的电灯泡发光效率。假设该灯泡的钨丝可看成是2900K的黑体，其几何形状为mmmm52的矩形薄片。解：40100TCEb可见光的波长范围0.38～0.76m则KmTKmT.2204;.110221由表可近似取19.10;092.076.0038.00bbFF在可见光范围内的能量为%094.019.1010040TC发光效率%09.108-9、钢制工件在炉内加热时，随着工件温度的升高，其颜色会逐渐由暗红变成白亮。假设钢件表面可以看成黑体，试计算在工件温度为900℃及1100℃时，工件所发出的辐射能中的可见光是温度为700℃的多少倍？KmT.600时KmTFb.800;00时401016.0bF。解：解：（1）00.0,7.36997338.0,973700101bFmKTKTt℃时，，01800600,5.73997376.0bFmKTmKTmKT之及由值线性插值得：%001116.010116.1,10116.1550121bbFF．可见光的能量为：2455672.073.967.510116.1mW．(2)00.0,7.445117338.0,1173900101bFmKTKTt℃时，,%01565.010565.1,10565.1,5.891117376.04402211bbFFmKT,此时可见光的能量2448.1673.1167.510565.1mW．所以℃900时是700℃时的16.3/0.5672=29.6倍．(3)00.0,74.521137338.0,13731100101bFmKTKTt℃时，，%05808.010808.5,10808.5,48.1043137376.04402212bbFFmKT，此时可见光的能量为24403.11773.1367.510808.5mW－．所以1100℃时是700℃时的117.03/0.5672=206.3倍．8-10、一等温空腔的内表面为漫射体，并维持在均匀的温度。其上有一个面积为0.022m的小孔，小孔面积相对于空腔内表面积可以忽略。今测得小孔向外界辐射的能量为70W，试确定空腔内表面的温度。如果把空腔内表面全部抛光，而温度保持不变，问这一小孔向外的辐射有何影响？解：40100TAC代入数据T=498.4K8-11、把地球作为黑体表面，把太阳看成是T=5800℃的黑体，试估算地球表面温度。已知地球直径为,1029.17m太阳直径为1.39910m,两者相距m11105.1。地球对太空的辐射可视为0K黑体空间的辐射。解：如图所示。地球投影面积对太阳球心的张角为：822142117105806.01025.2106641.1785.0105.11029.14（球面角）108106226.414.34105806.04。地球表面的空间辐射热平衡为：102.10623.44osumCSR，21029.114.344,022.eeCSbeeRAEA，10474410623.4421029.114.34,sumosumeoeobeTRTTE，106292710623.41039.11029.1sumrTT，412141018229.11010623.41039.1sumcTT416416103675.55800106641.1623.49321.15800K2.27962.315221.15800。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辐射具有黑体的特性，文传感器与热试件之间的距离1x多大时，传感器接受到的辐射能是传感器与试件位于同一数值线上时的75％？解：按题意，当工件位于x1处时，工件对传感器的角系数为工件在正下方时的75%,当工件在正下方时，222,1,2HAHAx是A对传感器的张角：当工件在x1处时，,221221222,1xHxHHAx故有：2275.021221222xHxHHAHA，即212111175.0HxHx，由试凑法解得395.0,395.011xHx。8-13、从太阳投射到地球大气层外表面的辐射能经准确测定为1353W/2m。太阳直径为,1039.19m两者相距11105.1m。若认为太阳是黑体，试估计其表面温度。解：太阳看成一个点热源，太阳投射在地球上的辐射总量为sunQsunQ＝211105.141353又491001039.167.5TQsun所以T=5774K8-14、试证明下列论述：对于腔壁的吸收比为0.6的一等球壳，当其上的小孔面积小于球的总表面面积的0.6％时，该小孔的吸收比可大于99.6％。球壳腔壁为漫射体。解：设射进小孔的投入辐射为0E，经空腔内表面第一次反射的投入辐射为0E,经第二次反射为02E，经第n次反射为0En.空腔共吸收nnEE6.011100设n=1所以%36.0%6.04.010E则小孔吸收比为1-0.36％＝99.6％又因为n越大，则小孔的吸收比越大，证明完毕。实际物体的辐射特性8-15、已知材料AB的光谱发射率与波长的关系如附图所示，试估计这两种材料的发射率随温度变化的特性，并说明理由。解：A随稳定的降低而降低；B随温度的降低而升高。理由：温度升高，热辐射中的短波比例增加。8-16、一选择性吸收表面的光谱吸收比随变化的特性如附图所示，试计算当太阳投入辐射为G=800W/2m时，该表面单位面积上所吸收的太阳能量及对太阳辐射的总吸收比。解：~4.14.1~0020012.09.011bbbbbbFFdEdEdEdE查表代入数据得8026.0%0792.867.08-17一漫射表面在某一温度下的光谱辐射强度与波长的关系可以近似地用附图表示，试：（1）计算此时的辐射力；（2）计算此时法线方向的定向辐射强度，及与法线成600角处的定向辐射强度。解：（1）WdEdEdEE125020151510105（2）ddAdLcosstrmWL./3980,02strmWL,/91960;60208-18、暖房的升温作用可以从玻璃的光谱透比变化特性解释。有一块厚为3mm的玻璃，经测定，其对波长为0.3～2.5m的辐射能的穿透比为0.9，而对其他波长的辐射能可以完全不穿透。试据此计算温度为5800K的黑体辐射及温度为300K的黑体辐射投射到该玻璃上时各自的总穿透比。解：T=5800K,14500,17402211TT由表查得29.96,862.25.203.00bbFF%84%862.229.969.01同理%02.028-19、一表面的定向发射率随角的变化如附图所示，试确定该表面的发射率与法向发射率n的比值。解：法向发射率即是图中所示7.00又5.045所以714.00458-20、一小块温度KTs400的漫射表面悬挂在1A温度KTf2000的炉子中。炉子表面是漫灰的，且发射率为0.25。悬挂表面的光谱发射率如附图所示。试确定该表面的发射率及对炉墙表面发出的辐射能的吸收比。解：543.002321211320112211FFFEEEdEEdETqbbbbbbbb又因为6.0,0202212dTEdTETbb8-21、温度为310K的4个表面置于太阳光的照射下，设此时各表面的光谱吸收比随波长的变化如附图所示。试分析，在计算与太阳能的交换时，哪些表面可以作为灰体处理？为什么？解：太阳辐射