什么是发光

什么是发光

发光是物体内部以某种方式吸收的能量转化为光辐射的过程。发光学的研究内容包括物体发光的条件、过程和规律，发光材料和器件的设计原理、制备方法和应用，以及光和物质的相互作用等基本物理现象。

火焰辐射

flame radiation

huoyan fushe 火焰辐射(flame radiation)嫩料嫩烧时生 成的火焰所具有的辐射特性，它是高温下气体辐封的 一种特例。因此火焰辐射具有气体辐射的一切特点，如

对波长的选择性，以及辐射和吸收过程都是沿着整个 容积进行的容积性等。 火焰一般是由高温的双原子气体(如N:、02、co 等)、三原子气体(如C02、H20、502等)以及悬浮固 体粒子(炭黑、飞灰、焦炭粒子等)所组成。其中N:、 02等基本是透明的，没有辐射能力，CO的含量很低。 因此不发光火焰中具有辐射能力的物质主要是H20

和CO:;而燃油发光火焰的主要辐射物质是炭黑，因为 发光火焰中的H20、C02等成分虽然也能辐射，但是炭 黑的辐射能力要比它们的大2~3倍。嫩料燃烧的火焰 主要由三原子气体、灰粒和焦炭粒子承担辐射和吸收 射线的功能。 当波长为孟的单色辐射能束穿过气体时，沿途的 气体吸收使能束的辐射强度(I，)发生与当地的乙值和 射线行程S成比例的减弱，即dl，二一k，I月S。式中比 例系数翻称为单色减弱系数。若穿透前的I，(0)已知， k，为常数，则穿过厚度为S气层后的辐射强度为:乙 (S)一I之(0)e一丫。可见火焰介质的单色吸收率，即 单色黑度为旬(S)一1一e一丫. 火焰辐射计算是要确定所有方向上射线在其界面 各处单位面积的辐射能通量，因此要求得到不同方向 上的平均射程了。研究表明，工程上的万可由近似算式 万一3.6v:/F:求得，式中v‘、F.为参与吸收的气体容积 和边界表面积。火焰总减弱系数(k)近似地认为等于 C02、水燕气和飞灰、焦炭粒子等减弱系数的总和。如 再把火焰看作灰体，则火焰的总黑度‘一1一e一甲。

辐射换热

返回题目

 · 一、填空题

1、几何形状；表面面积

2、代数法；积分法

3、完整性；互换性；分解性 4、；

5、1；

6、本身辐射反射辐射

7、1/2

8、选择性

9、指数减弱

10、间断的波长

11、表面层整个气体容积

12、压力；温度；射线波长

13、c·4V/A

二、名词解释

1、空间热阻：把黑体之间的辐射换热与电学中欧姆定律类比时，( Eb1-Eb2 )比做电位差， 辐射换热量Φ1，2比做电流， 则比做电阻，称为空间热阻，

它只与表面间的几何关系有关。

2、角系数：表面A1向空间发射的能量中投落到A2上的能量百分数， 称作表面A1对表面A2的角系数。

3、表面热阻：把灰表面的有效辐射J比做电位， 比做Eb与J之间的表面辐射热阻或简称表面热阻。

4、有效辐射：表面的本身辐射和反射辐射之和，称有效辐射J，即J=εEb+ρG W/m2。

5、遮热板：在辐射换热的两平行平面之间加入若干个平行的隔板， 可以起到减少辐射换热量的作用， 这样的中间隔板称为遮热板。

6、气体辐射射线平均行程：气体辐射是在整个容积中进行的， 不同形状的气体容积对某表面的辐射层的平均厚度叫做平均射线行程。 可用下式计算： S=C·4V/A (m)，式中c为修正系数， 一般可取0.9 。

三、问答题

1、试述确定角系数的两种主要方法。

答：积分法─根据角系数的定义和辐射表面间的几何关系进行积分。典型的几何关系作成图线查出数据；代数法─根据角系数的性质：互换性、完整性、分解性原理用代数加减法计算，典型的查图线帮助求值，以扩大典型的角系数曲线的应用。

2、举例简述辐射换热网络法。

答：求解辐射换热问题时与电学中的欧姆定律相比拟， 得出一个网络法。由任意放置的两黑体表面间的辐射换热计算公式：式中( Eb1-Eb2 )相当于电位差；

相当于电阻， 叫空间热阻；又由灰表面间的辐射换热公式：

，式中相当于电阻， 叫表面热阻。具体步骤为：首先所有表面必须形成封闭系统，再绘制热阻网络图，方法为：

⑴每一个物体表面为1个节点（该物体表面应具有相同的温度和表面辐射吸收特性），其热势为有效辐射Ji；⑵每两个表面间连接一个相应的空间热阻；

⑶每个表面与接地间连接一个表面热阻和“电池”（黑体辐射力Eb）；

⑷若某角系数为0，即空间热阻→∞，则相应两个表面间可以断开，不连接空间热阻；

；⑸若某表面绝热，则其为浮动热势，不与接地相连。

3、试写出任意放置的两“漫──灰表面”间的辐射换热量计算公式， 并绘出辐射网络图。

答：辐射换热量计算公式为： W；

辐射网络图为：

4、试写出任意两黑体表面间的辐射换热量计算公式及绘出其辐射网络图。

答：辐射换热量计算公式为：W

其辐射网络图为：。

5、用代数法确定角系数都有哪几个原则？

答：(1)凸表面或平表面；(2)组成封闭体系；(3)根据辐射换热的互换性、完整性、分解性。

6、某地初冬时节， 最低气温出现在凌晨2-4点， 但未达到0℃， 某农民早晨6点到地势较高而又大又平坦的菜地去， 观察到菜叶朝天空一面结有薄薄一层冰霜， 他就说今天将会是晴朗的好天气. 试从传热的辐射的观点，分析气温高于0℃为什么仍能结冰霜？ 为什么将会是晴朗天气？

答：初冬季节菜叶传热过程，热平衡式为：RC ①

其中菜叶外表面与天空间的辐射换热42442wbtwbRTATTA ② 菜叶外表面与室外空气间的对流换热2wftthAC ③

菜叶内外表面间的导热(基本可忽略不计)Rttww21 ④

菜叶外表面结霜表明tw2<0℃。

⑴晴天时，天空云量少，透射率高，使得菜叶外表面与天空间的辐射换热ΦR较大，根据式①-④，tw较容易低于0℃，使菜叶外表面结霜。

⑵根据式①-④，可以看出即使室外空气温度tf高于0℃，tw同样可低于0℃，使菜叶外表面结霜。

7、什么是有效辐射？ 它是由哪些辐射项目组成的？

答：灰表面间进行辐射换热时，对来自外界的投射辐射只能吸收一部分，其余部分又反射回去，有效辐射是表面本身辐射与反射辐射之和，即：

J=εEb+ρG =εEb+（1-α）G，εEb─本身辐射； G ─ 外界对表面的投射辐射；

ρG─ 反射辐射； αG─ 吸收辐射。

8、在辐射系统内各表面的发射率相同条件下， 遮热板的数量与遮热效果是什么定量关系？

答：当遮热板数量增加时，辐射换热量将减少。设无遮热板时，换热量为Φ0，加n块折热板后辐射散热量Φn=Φ0·1/(n+1)。

9、何为光带？ 组成烟气的CO2、H2O各有几个主要光带？为什么有重叠修正值？

答：气体辐射和吸收具有选择性，能辐射和吸收的波长段称为光带。烟气中的CO2、H2O各有三个主要光带。因为CO2和H2O的吸收光带有部分是重叠的，CO2的辐射能量有部分被H2O吸收，H2O的辐射能量也部分地被CO2吸收，这样就使混合气体的辐射能量比单色气体分别辐射的能量总和要少些，因此发射率减小一个Δα。

10、气体辐射有什么特点？

答：⑴不同气体有着不同的辐射及吸收特性，即只有部分气体具有辐射及吸收能力；⑵具有辐射及吸收性气体对波长具有选择性，如CO2、H2O都各有三个光带──光谱不连续。⑶辐射与吸收在整个容积中进行。

11、简述布格尔气体吸收定律。

答：气体的辐射和吸收具有明显的选择性， 且其辐射和吸收是在整个气体容积中进行。 若气体能辐射和吸收某一定波长范围光带时， 当该光带中的热射线穿过气体层时，

射线能量沿途被吸收而不断减弱。 经气体层厚度S (或称“射线行程”)后强度减弱为：。

上式就是布格尔气体吸收定律， 它表明单色辐射强度穿过气体层是按指数规律减弱的。其中 Iλθ为进入的单色辐射强度， Kλ为单位距离内辐射强度减弱百分数，称单色减弱系数，与气体的性质、压力、温度及射线波长有关。应当指出， 此定律只是从气体吸收的方面来看辐射强度的变化， 而没有计及气体本身的辐射能力。

12、太阳能集热器吸热表面选用具有什么性质的材料为宜？ 为什么？

答：太阳能集热器是用来吸收太阳辐射能的， 因而其表面应能最大限度地吸收投射来的太阳辐射能， 同时又保证得到的热量尽少地散失， 即表面尽可能少的向外辐射能。 但太阳辐射是高温辐射， 辐射能量主要集中于短波光谱(如可见光)， 集热器本身是低温辐射， 辐射能量主要集中于长波光谱范围(如红外线)。 所以集热器表面应选择具备对短波吸收率很高， 而对长波发射(吸收)率极低这样性质的材料。 13、到达地球大气层外缘并与射线垂直的单位面积上的太阳辐射能量为1353W/m2，称为太阳常数， 但实际到达地球表面的太阳辐射能仅只有太阳常数的60-80％， 这是为什么？

答：因为太阳辐射穿过大气层时， 大气层对太阳辐射有吸收、散射、反射作用， 因而太阳辐射受到了减弱， 故到达地表时辐射能小了， 大气减弱作用分为：

⑴大气层的吸收作用： 大气层中含有的H2O、CO2、O2、O3对太阳辐射能选择性地吸收， 大气层中含有的尘埃和污染物也有吸收作用；

⑵大气层的散射作用： 太阳辐射遇到大气层中含有的空气分子和微小尘埃会产生散射；

⑶大气层的反射作用： 太阳辐射遇到大气层中的云层和较大的尘埃就会反射， 把部分反射回宇宙空间出了。

14、根据基尔霍夫定律， 气体单色发射率和单色吸收率有；能否把气体当做灰体处理， 而存在有εg=αg？ 为什么？

答：因为气体辐射和吸收有明显的选择性，其ελ=f（λ）≠常数，αλ=F（λ）≠常数，它不具有远离发射率和吸收率不随波长而变的灰体性质，一般不能当作灰体处理，因而不存在εg=αg (除非进入气体的是黑体辐射且处于温度平衡)。

15、燃料燃烧生成的火焰分成哪几种类型？ 各具什么辐射特征？

答：随着燃料种类和燃烧方式的不同， 燃烧生成的火焰分为：

⑴不发光火焰──主要是燃烧产物中CO2、H2O气体辐射， 类似于气体辐射；

⑵半发光火焰──除燃烧产物中CO2、H2O气体辐射外， 还有焦碳粒子的辐射；

⑶发光火焰──主要是燃气产物中含有大量烃类热分解物， 即炽热的碳黑微粒的辐射， 类似于固体辐射。