当前课程知识点：介质辐射传热 > 第十一章 表面辐射特性 > 第六节 金属和非金属表面的辐射特性 > Video
最后简单介绍一些金属
和非金属表面的辐射特性
很多材料的辐射特性
要么从手册中查找相接近的材料的数据
况且很多实际材料的辐射特性
在手册里根本查不到
实在需要的话那就直接测量
所以这部分内容就简单带过了
利用电磁波理论和色散理论
可以预测清洁 平滑金属
电导体表面的辐射特性
并与实验结果对比
需要考虑光谱 法向反射比随波长的变化
以及总的法向辐射特性的变化
还有辐射特性随方向的变化
定量计算半球发射度
最后考察光谱和总辐射特性随温度的变化
金属中因为具有大量的自由电子
而成为良好的电导体
自由电子是Lorentz模型的特殊情形
电子并不是振动而是自由地传播
因此德鲁德模型将其用一个
在某个频率处“消失”的弹簧常数对其进行模拟
德鲁德模型得到自由电子的介电函数如下
室温下铝 铜 银的光谱
法向反射率的理论分析和实验测试结果表明
理论和实验测试结果在红外波长区域吻合较好
对于波长小于1微米只要样品仔细准备
德鲁德模型
能够较为准确反映大部分金属的反射率
很多金属在靠近等离子频率的紫外波长区域
既不反射 也不吸收辐射
而是强烈的透射
右图显示
平滑金属表面光谱 法向发射度
随温度的升高而增加
这里给出的发射度随温度变化的拟合函数
可以用来定量预测发射度随温度的变化
金属对平行和垂直偏振光的反射率
有如下理论计算式
而非偏振光谱 方向发射率
可从1减金属对
平行和垂直偏振光的反射率的平均值计算得到
2微米时铂金在室温下的光谱 方向反射比
理论计算用n等于5.29 k等于6.71
计算结果如图所示
垂直偏振光的反射比随温度的变化不大
对光谱 方向发射率对方向积分
就得到半球辐射特性
包括垂直偏振和平行偏振发射率
以及从垂直偏振和平行偏振发射率的平均值
计算而来的光谱发射率
这幅图给出了电导体半球
和法向光谱发射率之比随n和k的变化
结果表明清洁
平滑金属电导体表面半球光谱发射率
基本上大于法向光谱发射率
光谱 半球发射度对于波长的积分
就得到总半球发射度
只要表面温度相对较低
总半球发射度基本上也随温度的升高而增加
从钨的光谱 半球发射度随温度的变化可以看出
当波长足够大时
光谱发射度随温度的平方根正比变化
非电导体基本没有自由电子
所以不能像金属那样在红外区域显示
较高的反射比和不透明性
半导体有一定量的自由电子
通常和非导体一起讨论
但是他们也具有导体的某些性质
非导体辐射特性由红外区域的
光子-声子相互作用决定
即由固体中的晶格的振动能级的光子激发决定
在振动跃迁的强吸收光谱区域之外
一般有一个相对较高的透射区域
低反射比
其吸收主要由晶格中的杂质和缺陷决定
因此
这些光谱区常常表现为不规则和不稳定的行为
碳化硅在室温下的光谱 法向反射比的结果表明
碳化硅在10到13微米之外基本上是透明的
因为吸收指数远小于1
在10到-13微米之间
碳化硅不仅发射性强而且不透明
任何没被反射的辐射在表面很薄的介质层
即被吸收 吸收指数大于1
因此碳化硅有时候作为带通滤波材料
硅在室温下的光谱 法向反射比曲线如图所示
我们可以看到不同的掺杂程度
对材料的辐射特性的影响差异很大
因此
简单查表获知材料的辐射特性是有疑问的
必须同时了解表面的详细情况
以及材料的制备过程
右图玻璃在室温下的对偏振光的光谱
方向反射率
实验和理论结果吻合良好
对于光学光滑的非电导体材料表面
实验还证明满足菲涅耳定律
对非电导体
由于吸收指数的平方远小于折射指数的平方
吸收指数可以略去
对从真空投射而来的非偏振光而言
光谱 方向发射率
可写为折射指数和发射方向的函数
反射率也可根据k等于0 从n计算得到
这里给出了粘土 氧化铜 玻璃 冰等
非电导体表面发射率随方向的变化的实验结果
和理论结果的比较
可以看到两者之间是很吻合的
非电导体表面垂直偏振和平行偏振的光谱
半球发射率计算式这里给出
而非电导体表面的光谱 半球发射率
就直接从垂直偏振和平行偏振的光谱
半球发射率的平均值计算得到
非电导体表面半球 法向发射率及其比值
随折射指数的变化如图所示
与金属的半球发射率大于法向发射率不同
非金属的半球发射率小于法向发射率
非电导体的辐射特性随表面温度的变化
比金属的更难定量刻画
氧化镁表面光谱
法向反射比随温度的变化曲线如图所示
较短波长区域的反射比
更大程度上受材料掺杂的影响
与金属受到的影响相似
近红外区域温度升高则反射比增加
短波段则相反
我们多次讲过
影响材料表面的辐射特性的因素很多
理论分析只能针对
理想的表面光学平滑 无污染等等
进行很有限的预测
大多数实际材料的辐射特性只能通过实验测定
这本热辐射性质及其测量的书中可以查到
不同材料的发射率 吸收率 反射率等等
也许数据并不精确但也很有参考价值
书中首先概述热辐射
然后介绍热辐射方程
以及热辐射性质的定义以及它们之间的关系
接着是发射率
反射率以及和太阳能吸收率的测量方法和装置
然后分别针对金属元素及其合金
非金属元素及其化合物 建筑材料
非金属物质的热辐射性质进行介绍
还谈到光谱选择性吸收涂层的热辐射性质
以及工程上常用物质的辐射性质曲线
是一本不多见的热辐射性质的参考文献
这是非常著名的英文版的热辐射的手册
今天的课程就到这里
谢谢大家
-第1节 热辐射的重要性
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-第2节 热辐射基本概念
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-第3节 表面对辐射的作用
--Video
-第4节 表面双向反射分布函数及偏离镜向反射峰值现象
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-第5节 黑体
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-第6节 几个重要的基础辐射定律
--Video
-第7节 辐射强度概念及兰贝特定律
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-第8节 发射率（黑度）及其检测举例
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-第9节 吸收率及灰体概念
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-第10节 温室效应及大气辐射
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-第11节 气体辐射换热基本概念及挑战
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-第12节 本课程教学思路及教材
--Video
-第1节 辐射传递系统、辐射介质及辐射强度
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-第2节 辐射吸收和散射方程
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-第3节 辐射发射和散射的增强作用方程
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-第4节 一般辐射传递方程
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-第5节 几种简化条件下的辐射传递方程
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-第6节 辐射传递方程的边界条件及RTE小结
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-第7节 入射辐射、辐射热通量及辐射热源
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-第8节 热流体能量守恒方程及本章小结
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-第二章 辐射传递方程的建立和推导--第二章习题
-第1节 一维系统辐射传递分析的意义及一维平行平板介质
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-第2节 一维辐射传递方程一般形式
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-第3节 一维辐射传递方程简化形式
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-第4节 边界为黑体表面的非散射平板介质精确解
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-第5节 辐射平衡灰性非散射平板介质精确解
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-第6节 平板间介质辐射热通量及其散度计算一例
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-第7节 灰性漫射边界非散射平板介质精确解
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-第8节 几种散射平板介质精确解
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-第三章习题--作业
-第1节 光学薄近似概念
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-第2节 几种特殊的光学薄近似
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-第3节 光学薄介质辐射传递分析一例
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-第4节 光学薄近似解
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-第5节 光学厚近似的定义
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-第6节 光学厚近似的分析
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-第7节 光学厚近似解
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-第8节 本章小结
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-第四章 光学薄、光学厚概念及其近似解--第四章习题
-第1节 一般近似解的意义
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-第2节 舒斯特-史瓦西近似解
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-第3节 米尔恩-爱丁顿近似解
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-第4节 指数核近似解
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-第5节 本章小结
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-第五章 一维系统辐射传递一般近似解--第五章习题
-第一节 DOM法的概念和发展
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-第二节 DOM的基本原理
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-第三节 离散方向的选择
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-第四节 一维系统DOM求解
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-第五节 多维系统DOM法求解
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-第六节 FVM对DOM法的发展
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-第六章 辐射传递分析的离散坐标法（DOM）--第六章习题
-第一节 蒙特卡罗法的概念及其起源
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-第二节 浦丰（Buffon）问题
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-第三节 随机投点法与期望估计法
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-第四节 逆变换法：以介质吸收为例说明
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-第五节 辐射分析的蒙特卡罗法思路
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-第六节 辐射分析的蒙特卡罗法实施方法
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-第七节 蒙特卡罗法一例：READ法
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-第七章习题--作业
-第一节 为什么要做高温燃烧热辐射检测？
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-第二节 高像素辐射成像分析面临的挑战
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-第三节 二维系统辐射成像计算
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-第四节 辐射成像的快速计算方法
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-第五节 辐射成像快速算法的验证
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-第六节 漫散射边界处理及DRESOR法提出
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-第七节 DRESOR法主要研究进展
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-第八节 习题--作业
-第一节 气体辐射特性概述
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-第二节 气体辐射的物理机制
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-第三节 独立谱线的辐射计算
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-第四节 气体辐射特性数据库
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-第五节 气体辐射光谱模型概述
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-第六节 埃尔萨瑟窄带模型
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-第七节 统计窄谱带（SNB）模型
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-第八节 宽带模型
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-第九节 整体模型
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-第九章 气体辐射特性及其光谱模型--第九章习题
-第一节 粒子散射基本概念
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-第二节 粒子散射的定量描述
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-第三节 瑞利散射
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-第四节 球形粒子的米散射理论
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-第五节 大粒子辐射特性
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-第六节 粒子系辐射特性
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-第十章习题--作业
-第一节 从路面蜃景谈起
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-第二节 粗糙面大角度反射实验观察
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-第三节 表面的发射和吸收特性的描述
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-第四节 表面的反射特性的描述
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-第五节 表面辐射特性的理论分析
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-第六节 金属和非金属表面的辐射特性
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-第十一章习题--作业
-第一节 从“海市蜃楼”上蜃景谈起
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-第二节 梯度折射率介质辐射传递基本原理
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-第三节 梯度折射率介质辐射传递分析方法
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-第四节 梯度折射率介质辐射传递的DRESOR法
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-第五节 激光干涉法梯度折射率检测
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-第六节 瞬态辐射传递的时间漂移叠加法
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-第七节 瞬态辐射传递的DRESOR法
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-第十二章习题--作业
-第一节 燃烧学基本科学问题
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-第二节 热辐射对燃烧温度分布的影响
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-第三节 介质非灰性辐射模型的影响
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-第四节 湍流-辐射耦合作用（TRI）
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-第五节 燃烧反应放热的辐射传输机制
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-第六节 辐射传热对煤粉射流着火稳燃的作用
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-第十三章习题--作业
-第一节 因果律及正问题
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-第二节 反问题及辐射反问题
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-第三节 基于线性规划的二维温度场重建
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-第四节 分布参数反演的Tikhonov正则化方法
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-第五节 基于正则化的三维温度场重建
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-第六节 提高重建能力的虚拟像素法
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-第七节 温度场和辐射参数同时重建
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-第十四章习题--作业
