当前课程知识点：介质辐射传热 > 第一章 辐射传热基本概念回顾 > 第3节 表面对辐射的作用 > Video
前面我们讲到的导热、对流及热辐射的差异
在本科阶段我们主要涉及
热辐射分析是表面之间的换热
表面除了发射能量以外
表面对投入热辐射的反映
大概可以分为吸收、反射和透射三个方面
注意这里有吸收率、吸收比两个不同的概念
根据中国物理学会名词委员会2010年推出的
《1996年版物理学名词修订英中对照初稿本》
-tivity后缀翻译为“率”
比率的率
-tance后缀翻译为“比”
比率的比
这都是一样的
是不是没有本质性的差别呢
是没有本质性的差别
但还是有些不同
-tivity后缀指的是理想、清洁、
光滑表面的辐射特性
而-tance后缀就特指实际的、被污染的、
粗糙的表面的辐射特性
固体表面存在两种理想的反射特性
漫反射和镜反射
这里是一个镜反射的例子
镜反射指的是反射角度和入射角度相同的反射
这种反射类似镜面的反射
我们对这种反射非常熟悉
大家每天照镜子就是镜反射
事实上 固体表面的反射更加复杂
镜面反射和漫反射只是两种理想的状况
漫反射是另一种理想的反射
入射辐射将会被均匀地反射到不同方向上
理想的漫反射在现实中也是没有的
这两种例子是两个极限
在现实中 我们有不同的反射的模式
镜反射、漫反射这两种模式的结合
下面我们将通过一个实际例子
来看看实际表面的反射是什么特性
这里给出的是我们在研究工作中的一个例子
这是一家钢铁公司的一台加热炉
通过加热炉的钢坯被加热到大概1250摄氏度左右
这台加热炉分4个区域
分别是预热区、第一、第二加热区和均热区
冷的钢坯从左边的入口被送入炉膛
通过步进梁输送系统
一步一步通过不同的加热阶段
最后被送出炉膛
整个在炉内的时间可以达到两个小时以上
我们使用高温火焰图像探测器
及图像处理系统来监测这个过程
我们在每个加热段布置两台高温图像探测器
分别布置在加热炉的南北两侧
一共有8只图像探测器
这里给出的8幅高温图像作为例子
我们先来看看图像中所反映的表面的反射特性
如果表面反射是漫反射
这表示我们不能区分来自不同辐射源的反射
因为反射是均匀分布的
因此我们也将无法区分不同的表面
但是你可以看到
我们可以区分钢铁表面和炉墙表面
这表明来自不同的表面的反射不是漫反射
那么来自不同区域的反射之间有什么区别呢
可以看到 在预热段
因为钢坯是冷的 差不多300摄氏度左右
因此来自钢坯表面的发射很弱
所以钢坯看起来是黑的
这表明它会吸收来自火焰的辐射
反射辐射很少
这个区域的壁面的温度会比钢坯表面温度高
又因为其反射率比钢坯大
所以从炉壁表面看起来比钢坯表面还要亮
在第一和第二加热段
我们可以看到来自钢坯表面
和炉壁表面的辐射图像之间的差异越来越小
这种差异的缩小
主要是因为钢坯表面的温度越来越高
其自身发射的辐射强度越来越大
随着表面温度越来越高
表面变得越来越亮
到了均热段 你甚至无法区分
来自钢坯和炉壁的反射和发射
钢坯的温度大概是1200摄氏度
接近于炉壁的温度
这表明炉膛里面接近于均匀的温度条件
后面的课程中将会讲到这些
它类似一个黑体
如果我们假设一个有着相同温度的黑体
那么你无法区分来自不同方向上的辐射
唐代诗人王勃在《滕王阁序》中有一句名诗
“落霞与孤鹜齐飞，秋水共长天一色。”
可类比我们看不到钢坯和炉壁表面的辐射的差异
秋水是钢坯 在下面
长天是炉壁 在上面
看看钢坯和炉壁之间的界限
是不是模糊了
王勃还有名句“海内存知己，天涯若比邻。”
大家有兴趣可网上搜索
《王勃之死》这部电影看一看
领略唐朝初年
名冠“初唐四杰”之首的王勃的才华
我们看在均热段
炉内基本属于均匀的温度
高温照相机看到的接近黑体辐射
我们后面会讲到
黑腔辐射的黑体的概念
基本处于均匀温度的加热炉
其特性接近温度均匀分布的封闭腔体的条件
就是一个接近黑体条件的实际对象
黑体辐射的重要特性之一就是和方向无关
我们从不同方向观察从黑体发出的辐射时
得到完全相同的结果
为什么在均热段
我们看到的钢坯和炉壁颜色和亮度基本一致呢
事实上尽管他们的温度接近
但很显然正如我们在预热段看到的
钢坯具有更强的吸收能力
发射率和吸收率都很高、反射率则很低
炉壁则相反
发射率和吸收率都很低 反射率很高
对于炉内基本相同的温度分布
所发射出的黑体辐射
我们从不同区域看到的辐射
都是对黑体辐射的发射和反射的和
尽管钢坯和炉壁的发射率和反射率不一样
但他们的和加起来都为1
所以我们看到的
都是黑度为1的黑体的辐射强度
大家可以琢磨我刚才的简要分析的道理何在
想清楚其中的缘由
你就可以加深对黑体特性的理解
从这个例子 我们可以看到
加热炉内四个阶段的区别是很大的
在我做这个研究工作的时候
在看到不同部分的区别的时候
也在思考这种差异的物理本质
通过我们在这门介质辐射传热课程中
学到的基本概念、理论和方法
我们能够理解为什么会出现这些类似的现象
-第1节 热辐射的重要性
--Video
-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
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-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
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-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
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-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
