当前课程知识点：介质辐射传热 > 第九章 气体辐射特性及其光谱模型 > 第九节 整体模型 > Video
最后我们介绍整体模型
整体模型就是全局模型
就是不同的谱带模型贡献的总和结合成一个
对于窄带模型
结合数百万甚至数十亿谱线形成
数百条窄带模型
数百条窄带相结合形成宽带模型
而数个宽带模型的结合最后得到一个整体模型
这就是一个逐步近似的过程
这是一个描述气体辐射特性
由细到粗的一个有意思的过程
工程中需要用简单的方法估计一个热的气体
通常假设为等温向一个壁面投射的辐射
总发射率定义为
沿路径X发射的总的热辐射能量
未被自身吸收被总量最大可能的辐射能
也就是黑体辐射相除以后的比率
我们也熟悉这样一个发射率的定义
这里面假定
N个谱带中每一个的谱带宽度足够小
以至普朗克函数变化很小 第二谱带间不重叠
如果混合气体中两个或者多个谱带重叠
由于自吸收的增强
混合气体的发射率小于单个气体的贡献的和
Hottel和Sarofim给出了混合气体计算的方法
Hottel和Sarofim整理的气体总发射率线图
最为著名
发射率和吸收率分别用如下的计算式来计算
其中Tg为气体温度 Ts为外界黑体或者灰体源
如热表面的温度
Pa为吸收气体的分压而P为总压
这里展示的是Hottel的水蒸气发射率
实线是Hottel实验得到的
而虚线是Leckner分析得到的数据
你们可以看到这是两条线的差异
或许有人会在意这两个结果之间的差异
吹毛求疵地评论说谁谁谁的结果还不够好
但是我认为在Hotel早先的年代
仅仅从实验中得到的曲线
与后人从理论上得到的曲线之间是这么得接近
这恰恰说明Hotel实验结果的伟大和难得
这是Hotel关于二氧化碳总发射率的线图
Leckner给出的零分压二氧化碳
水蒸气发射率关联计算式如下
其中对水蒸气和二氧化碳的Cji的系数
我们在后面就给出
注意这里的0分压不是真的气体分压为0
那样的话就不存在发射率了
只是分压足够小几乎可以忽略
这时发射率不存在
例如众多分子之间的碰撞增宽的影响
不同压力下的发射率
可从0分压下的发射率中计算得到
二氧化碳和水蒸气混合物的发射率计算
必须考虑两种气体发射谱带之间的部分重叠
额外的校正因子计算式如下
这个表给出了二氧化碳
水蒸气发射率计算的关联常数
Leckner给出的二氧化碳
水蒸气发射率计算小结如下
Leckner关联式对水蒸汽计算误差最大5%
对二氧化碳最大误差10%
相对于前面的图中的一些理论数据比较而言
看一个例子
1000K 5bar 1米厚的气体混合物中
包含10%二氧化碳 20%水蒸汽 70%氮气
我们要计算该气体法向总发射率是多少
我们采用整体模型需要计算混合物的总发射率
先看二氧化碳
根据已知条件计算压力路径为50bar厘米
温度为1000K 1bar压力下
查其线算图知道发射率为0.157
压力为5bar时查表得知相关计算参数
最后计算压力变化时
对发射率的修正率几乎为1
故二氧化碳的发射率仍为0.517
对水蒸汽采用相同的计算方法
0分压下的发射率为0.359
压力对发射率的修正率为1.414
故水蒸汽的发射率为0.508
对二氧化碳和水蒸汽混合气体
计算发射率校正因子为0.072
总发射率等于两个气体各自的发射率相加
再减去校正因子得到最后总发射率为0.593
最后我们就可以得到法向总辐射强度
对灰体而言发射率一般就等于吸收率
但是对气体的平均吸收系数的计算而言
吸收系数的计算需要考虑辐射的光谱特性
这跟外加辐射的温度有关
这里给出的气体的
普朗克平均吸收系数的计算式
显然必须与一定温度下的黑体辐射强度相关联
具体而言气体的光谱吸收系数
需要与光谱黑体辐射强度相乘 求积分
再除以同温度下的黑体辐射本领
使用窄带平均吸收系数
假设普朗克函数在谱带变化不大
普朗克平均吸收系数计算式
可以改成下面这样一个式子
每bar厘米二氧化碳和水蒸气的
普朗克平均吸收系数随温度的变化
我们这里用图示给出
图上给出了用不同的光谱数据库数据
计算得到的结果
氨 一氧化氮和二氧化硫的
普朗克平均吸收系数随温度的变化这里给出
还有一氧化碳 一氧化氮和甲烷的
普朗克平均吸收系数随温度的变化曲线
气体的辐射特性及辐射模型
算是匆匆忙忙的介绍完了
这部分的内容其实非常丰富
但我们只能这样简单地做一个入门的介绍
我把Modest教授教材中
关于这一章的内容的最后定稿的中文翻译稿
同步贴到学堂在线供大家参考学习
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
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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
