《(1.1)--第一章_辐射传热基本概念回顾.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(1.1)--第一章_辐射传热基本概念回顾.pdf（96页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、介质辐射传热（介质辐射传热（1）热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering2热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering3热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering4内容内容传热学中热辐射部分回顾传热学中热辐射部分回顾本课程教学思路和安排本课程教学思路和安排第一次课堂讲授第一次课堂讲授热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering5传热学中热辐射部分回顾传热学中热辐射部分回顾传热学中辐射传热部分传热学中辐射传热部分书名：传热学
2、书名：传热学作者：杨世铭，陶文铨作者：杨世铭，陶文铨编著编著页数：591页数：591出版日期：2006年8月出版日期：2006年8月主题词：传热学-高等学主题词：传热学-高等学校-教材校-教材热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering6热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering7热能工程系热能工程系Department of Thermal EngineeringTsinghua University,Beijing,China8辐射是电磁波传递能量的现象辐射是电磁波传递能量的现象热辐射的电磁波是物体内部微
3、观粒子的热运动状态改变时激发出来的热辐射的电磁波是物体内部微观粒子的热运动状态改变时激发出来的只要物体温度高于绝对零度，就会发射辐射能只要物体温度高于绝对零度，就会发射辐射能物体也能吸收热辐射物体也能吸收热辐射热能工程系热能工程系Department of Thermal EngineeringTsinghua University,Beijing,China9与导热、对流相比，与导热、对流相比，热辐射的两个特点热辐射的两个特点：1.热辐射能量传递不需要介质，真空中传递效率最高2.物体发射与吸收辐射能量的过程中发生了电磁能与热能这两种能量形式的转换：1.热辐射能量传递不需要介质，真空中传递效率
4、最高2.物体发射与吸收辐射能量的过程中发生了电磁能与热能这两种能量形式的转换热能工程系热能工程系Department of Thermal EngineeringTsinghua University,Beijing,China10Zhuomin Zhang，Nano/Microscale Heat Transfer(McGraw-Hill Nanoscience and Technology)，McGraw-Hill Professional;1 edition(April 19,2007)辐射区别于对流和导热的辐射区别于对流和导热的四个主要特点四个主要特点：1.不管有没有中间介质，辐射都能
5、够传递能量；2.辐射热流不和温度梯度成正比；3.辐射发射与波长有关，材料的辐射特性取决于：1.不管有没有中间介质，辐射都能够传递能量；2.辐射热流不和温度梯度成正比；3.辐射发射与波长有关，材料的辐射特性取决于波长波长和和温度温度；4.辐射能量交换和辐射特性与；4.辐射能量交换和辐射特性与方向方向和和方位方位有关。有关。热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering11传热学中热辐射部分回顾传热学中热辐射部分回顾美美Zhuomin M Zhang 著，程强、著，程强、王志超、张险、周怀春 译，维纳王志超、张险、周怀春 译，维纳尺度传热，尺度传热，北京：清
6、华大学出版社，北京：清华大学出版社，2016年年1月月.热能工程系热能工程系Department of Thermal EngineeringTsinghua University,Beijing,China12物体表面对电磁波的作用：吸收比（吸收率）+反射比（反射率）+透射比（透射率）=1.0物体表面对电磁波的作用：吸收比（吸收率）+反射比（反射率）+透射比（透射率）=1.0热能工程系热能工程系Department of Thermal EngineeringTsinghua University,Beijing,China13Reflectivity:反射率Reflectivity:反射率
7、Absorptivity:吸收率Absorptivity:吸收率Transmissivity:透射率Transmissivity:透射率Reflectivitance:反射比Reflectivitance:反射比Absorptivitance:吸收比Absorptivitance:吸收比Transmissivitance:透射比Transmissivitance:透射比热能工程系热能工程系Department of Thermal EngineeringTsinghua University,Beijing,China14固体表面的两种反射：1.镜面反射2.漫反射固体表面的两种反射：1.镜面反
8、射2.漫反射事实上，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状况理想状况热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering15 步进式加热炉三维温度场可视化在线监测系统步进式加热炉三维温度场可视化在线监测系统热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering 预热区预热区热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering 一加热区一加热区热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineerin
9、g 二加热区二加热区热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering 均热区均热区热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering20 步进式加热炉三维温度场可视化在线监测系统步进式加热炉三维温度场可视化在线监测系统若表面为漫反射：若表面为漫反射：1.同一种表面（钢坯1.同一种表面（钢坯表面和炉壁表面）表面和炉壁表面）将呈现相同的反射将呈现相同的反射影像；事实上却不影像；事实上却不是是2.实际物体的反射与2.实际物体的反射与入射方向有关入射方向有关热能工程系热能工程系Department of Thermal Engi
10、neering21 表面入射、反射角度定义及坐标系表面入射、反射角度定义及坐标系谈和平、夏新林等，红外辐射特性与传输的数值计算谈和平、夏新林等，红外辐射特性与传输的数值计算-计算热辐射学，计算热辐射学，哈尔滨工业大学出版社，哈尔滨工业大学出版社，2006年年10月。月。ii(,)：入射方向：入射方向：反射方向：反射方向rr(,)热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering22 双向反射分布函数（双向反射分布函数（BRDF：Bidirectional Reflectance Distribution Function）,rrriirrii,iiiii(,
11、)BRDF(,)(,)cos dITTI 热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering23 表面入射、反射角度定义及坐标系表面入射、反射角度定义及坐标系Torrance K E,Sparrow E M.Theory of off-specular reflection from roughened surfaces.J Opt Soc Am,1967,57,1105-1114热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering24 金属、非金属粗糙表面BRDF检测结果金属、非金属粗糙表面BRDF检测结果Torrance
12、 K E,Sparrow E M.Theory of off-specular reflection from roughened surfaces.J Opt Soc Am,1967,57,1105-1114热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering25 金属、非金属粗糙表面BRDF模拟结果金属、非金属粗糙表面BRDF模拟结果Torrance K E,Sparrow E M.Theory of off-specular reflection from roughened surfaces.J Opt Soc Am,1967,57,1105-1114
13、热能工程系热能工程系Department of Thermal EngineeringTsinghua University,Beijing,China26黑体黑体：1.黑体空腔条件：1.黑体空腔条件：等温等温；与构成腔体的材料无关2.空腔上小孔黑体辐射条件：小孔面积相对于腔体面积足够小3.辐射均匀、各向同性；与构成腔体的材料无关2.空腔上小孔黑体辐射条件：小孔面积相对于腔体面积足够小3.辐射均匀、各向同性热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering27表1 三种工况下介质和边界的温度表1 三种工况下介质和边界的温度及其辐射特性及其辐射特性工况边界介质
14、工况边界介质(K)(K)(m-1)(m-1)110.50.510000.50.5210000.50.510.50.5310000.50.510000.50.5wTsTCase 1Case 2Case 3 一维系统辐射传递过程分析结果一维系统辐射传递过程分析结果Zhou H C,Chen D L,Cheng Q.Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer,2004,83(3-4):459-481.热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering28 辐射强度随位置和方向的变化辐射强度
15、随位置和方向的变化10203040506070809010020406080100120140160180ij0800093751.075E41.213E41.350E41.488E41.625E41.763E41.900E4),(0ijIRDiscrete directions Discrete length 2/msrWCase 1090180热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering29 三种工况下三种工况下辐射强度辐射强度随位置和方向的变化随位置和方向的变化1020304050607080901002040608010012014016018
16、0i j0800093751.075E41.213E41.350E41.488E41.625E41.763E41.900E410203040506070809010020406080100120140160180i j0012502500375050006250750087501000010203040506070809010020406080100120140160180i j0800093751.075E41.213E41.350E41.488E41.625E41.763E41.900E4Case 1Case 2Case 3),(0ijIR),(0ijIR),(0ijIR热能工程系热能工程
17、系Department of Thermal Engineering30 三种工况下辐射三种工况下辐射热通量热通量随位置的变化随位置的变化0102030405060708090100-30000-20000-100000100002000030000 j0q(jq(j0 0)(w/m)(w/m2 2)case1 case2 case3Case 1Case 2Case 3传热学中热辐射部分回顾传热学中热辐射部分回顾热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering31 三种工况下辐射三种工况下辐射热源热源随位置的变化随位置的变化0102030405060708
18、090100-30000-20000-100000100002000030000 j0Q(jQ(j0 0)(w/m)(w/m3 3)case1 case2 case3Case 1Case 2Case 3传热学中热辐射部分回顾传热学中热辐射部分回顾热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering32 三种工况下辐射三种工况下辐射入射辐射入射辐射随位置的变化随位置的变化0102030405060708090100050000100000150000200000250000 j0G(jG(j0 0)(w/m)(w/m2 2)case1 case2 case3Ca
19、se 1Case 2Case 3传热学中热辐射部分回顾传热学中热辐射部分回顾热能工程系热能工程系Department of Thermal EngineeringTsinghua University,Beijing,China33斯特藩-玻尔兹曼定律斯特藩-玻尔兹曼定律黑体发射本领：黑体辐射常数：黑体发射本领：黑体辐射常数：4bET8245.67 10(W/(mK)2(W/m)bE热能工程系热能工程系Department of Thermal EngineeringTsinghua University,Beijing,China34普朗克定律普朗克定律：光谱发射本领：单位时间、单位面积向其
20、上半球空间所有方向发射出去的包含波长在内的单位波长内的能量。单位为或者：光谱发射本领：单位时间、单位面积向其上半球空间所有方向发射出去的包含波长在内的单位波长内的能量。单位为或者维恩定律：维恩定律：251b/()1cTcEeb:E2W/(mm)2W/(mm)3m2.8976 10 m kT热能工程系热能工程系Department of Thermal EngineeringTsinghua University,Beijing,China35斯特藩-玻尔兹曼定律与普朗克定律之间的关系：斯特藩-玻尔兹曼定律与普朗克定律之间的关系：黑体辐射能按波段的分布：黑体辐射能按波段的分布：2bb051/()
21、04dd1cTEEceT2121b()bdEE热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering36传热学中热辐射部分回顾传热学中热辐射部分回顾热能工程系热能工程系Department of Thermal EngineeringTsinghua University,Beijing,China37立体角：立体角：很显然：很显然：热辐射传递热辐射传递跟跟方向方向的强烈相关性是其主要特点之一的强烈相关性是其主要特点之一2eAr2ddeArdsin d d 热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering38定向辐射强度：定
22、向辐射强度：单位时间单位时间、黑体、黑体可见可见单位面积单位面积向其上任向其上任意方向的意方向的单位立体角单位立体角发发射出去的包含波长射出去的包含波长在内的在内的单位波长单位波长内的能内的能量。单位为量。单位为光谱辐射强度：光谱辐射强度：d()d dcosIA:I2W/(msr),I2W/(mm sr)单位：辐射强度辐射强度是整个是整个辐射介质辐射介质传热课程传热课程的的中心物理量中心物理量热能工程系热能工程系Department of Thermal EngineeringTsinghua University,Beijing,China39兰贝特定律：兰贝特定律：黑体的定向辐射强度（黑体
23、的定向辐射强度（相对于可见面积相对于可见面积）是个常量，与空间方向无关）是个常量，与空间方向无关兰贝特定律与斯特藩-玻尔兹曼定律的关系：兰贝特定律与斯特藩-玻尔兹曼定律的关系：单位面积半球空间方向黑体辐射能量是其法向辐射强度的倍。单位面积半球空间方向黑体辐射能量是其法向辐射强度的倍。bbEI热能工程系热能工程系Department of Thermal EngineeringTsinghua University,Beijing,China40发射率（黑度）：发射率（黑度）：实际物体的辐射力（辐射本领）与同温度下黑体的辐射力的比值：实际物体的辐射力：实际物体的辐射力（辐射本领）与同温度下黑体的
24、辐射力的比值：实际物体的辐射力：bEE4bEET热能工程系热能工程系Department of Thermal EngineeringTsinghua University,Beijing,China41实际物体光谱发射率：实际物体光谱发射率：实际物体的光谱辐射力（辐射本领）与同温度下黑体的光谱辐射力的比值：实际物体的光谱辐射力（辐射本领）与同温度下黑体的光谱辐射力的比值：燃烧火焰温度黑度(发射率)检测举例燃烧火焰温度黑度(发射率)检测举例()bEE 热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering 42双色法辐射温度检测原理双色法辐射温度检测原理灰性辐射
25、条件下，火焰温度通过灰性辐射条件下，火焰温度通过两个波长下的单色辐射强度下的两个波长下的单色辐射强度下的比值进行计算：比值进行计算：502511/lnRRRGGGITCI 燃烧温度和黑度图像检测燃烧温度和黑度图像检测红外高温计测温原理红外高温计测温原理4EGT一般条件下确定火焰发射率是困一般条件下确定火焰发射率是困难的，特别是对于复杂的火焰对象，难的，特别是对于复杂的火焰对象，目前没有成熟的方法给出准确的数目前没有成熟的方法给出准确的数值。值。发射率未知，需给定发射率未知，需给定发射率才能检测温度发射率才能检测温度无需给定发射率，能无需给定发射率，能够检测计算温度够检测计算温度热能工程系热能工
26、程系Department of Thermal Engineering43 CCD摄像机电源输入视频输出镜头图像导轨视场角：水平90竖直78炉膛温度图像检测装置炉膛温度图像检测装置燃烧温度和黑度图像检测燃烧温度和黑度图像检测热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering,44火焰单色辐射强度标定火焰单色辐射强度标定0MiRiiIa R0NjGjjIb G000(273.15)LkkkRc T502511/lnRRRGGGITCI 000()RR T计算计算标定标定 火焰温度和辐射率检测技术火焰温度和辐射率检测技术燃烧温度和黑度图像检测燃烧温度和黑度图像检
27、测同时检测计算火焰温度和发射率（黑度）同时检测计算火焰温度和发射率（黑度）火焰温度和黑度检测火焰温度和黑度检测热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering 45图像探测器的标定图像探测器的标定燃烧温度和黑度图像检测燃烧温度和黑度图像检测热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering 461173 K 1273K图像探测器的标定图像探测器的标定1373 K 1473K燃烧温度和黑度图像检测燃烧温度和黑度图像检测热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering47测点位置测点位置
28、燃烧温度和黑度图像检测燃烧温度和黑度图像检测采样看火孔位置及其标高CCD拍摄位置、拍摄角度及位置编号采样看火孔位置及其标高CCD拍摄位置、拍摄角度及位置编号下层左侧右侧后墙前墙1CCD324768中层左侧右侧后墙前墙5上层左侧右侧后墙前墙9101211热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering48火焰温度和辐射率图像检测结果火焰温度和辐射率图像检测结果501001502002503001650170017501800185019000.30.350.40.450.50.550.60.650.70.750.8火焰火焰图像图像火焰温度火焰温度火焰黑度火焰
29、黑度燃烧温度和黑度图像检测燃烧温度和黑度图像检测热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering,49快门速度：快门速度：1/2000快门速度：快门速度：1/5000温度：（第温度：（第162列像素，下同）列像素，下同）黑度黑度010020010001100120013001400150016001700180019002000Y Axis TitleX Axis Title T2000 T50000501001502002500.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0Y Axis TitleX Axis Title E2000 E
30、5000 640MW负荷、上炉膛后墙靠右看火孔640MW负荷、上炉膛后墙靠右看火孔燃烧温度和黑度图像检测燃烧温度和黑度图像检测温度：温度：1700黑度：黑度：0.20.3热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering50640MW负荷、下炉膛前墙靠左看火孔640MW负荷、下炉膛前墙靠左看火孔快门速度：快门速度：1/1000快门速度：快门速度：1/2000温度温度黑度黑度0501001502002500.00.20.40.60.81.0Y Axis TitleX Axis Title E1000 E20000501001502002501000110012
31、00130014001500160017001800Y Axis TitleX Axis Title T1000 T2000燃烧温度和黑度图像检测燃烧温度和黑度图像检测温度：温度：1500黑度：黑度：0.40.6热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering 51350MW负荷、上炉膛前墙靠右看火孔350MW负荷、上炉膛前墙靠右看火孔快门速度：快门速度：1/250快门速度：快门速度：1/500温度温度黑度黑度050100150200250100011001200130014001500160017001800Y Axis TitleX Axis Titl
32、e T250 T5000501001502002500.00.20.40.60.81.0Y Axis TitleX Axis Title E250 E500燃烧温度和黑度图像检测燃烧温度和黑度图像检测温度：温度：1300黑度：黑度：0.20.4热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering52红外高温计测温原理4EGT火焰黑度火焰黑度=？火焰辐射能火焰辐射能仪器几何因子仪器几何因子火焰温度待求火焰温度待求一般条件下确定一般条件下确定1是困难的，特别是对于复杂的火焰对象，是困难的，特别是对于复杂的火焰对象，目前没有成熟的方法给出准确的数值。目前没有成熟的方
33、法给出准确的数值。因而因而采用红外高温计，难以准确测量锅炉炉膛内火焰的采用红外高温计，难以准确测量锅炉炉膛内火焰的真实温度真实温度。燃烧温度和黑度图像检测燃烧温度和黑度图像检测热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering 53火焰黑度火焰黑度火焰温度火焰温度当量黑体当量黑体辐射温度辐射温度当量黑体辐射温度当量黑体辐射温度（亮度温度）(（亮度温度）(T Tb b)是与火焰有等效辐射)是与火焰有等效辐射的黑体温度，红外高温计在设置火焰黑度为1，则测得温度的黑体温度，红外高温计在设置火焰黑度为1，则测得温度值等于T值等于Tb b采用的红外高温计型号为PT30
34、0B，测温范采用的红外高温计型号为PT300B，测温范围:5003000，测量精围:5003000，测量精度：读数值的1%，重复精度:读数值的0.5%，温度分辨率：1。度：读数值的1%，重复精度:读数值的0.5%，温度分辨率：1。4TTb高温计主要参数高温计主要参数高温计主要参数高温计主要参数 火焰当量黑体温度火焰当量黑体温度燃烧温度和黑度图像检测燃烧温度和黑度图像检测热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering 54 温度图像检测系统与红外测温仪检测结果对比温度图像检测系统与红外测温仪检测结果对比编号编号火焰温度火焰温度(T,K)火焰黑度火焰黑度(/
35、)红外检测温红外检测温度度(Tr,K)等效黑体温度等效黑体温度(Tb,K)相对误差相对误差(Tr-Tb)/Tr,%)117730.22011811214.32.82217050.19311101130.11.81316500.36713531284.35.08417230.41514731382.96.12519800.30914871476.20.72619210.30215881424.110.32719500.36016441510.58.12819850.31716091489.47.43919150.34115501463.45.591019620.25514751394.25.48
36、1118670.37614031462.04.201219550.28614881429.73.92均值均值1865.50.3121446.81388.45.13燃烧温度和黑度图像检测燃烧温度和黑度图像检测温度最大相对温度最大相对误差：误差：10%1700-2000K0.2-0.41100-1600K1100-1600K热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering 55燃烧温度和黑度图像检测燃烧温度和黑度图像检测火焰可见光波段发射率与锅炉燃烧过程中的碳燃尽过火焰可见光波段发射率与锅炉燃烧过程中的碳燃尽过程密切相关程密切相关火焰辐射率检测能为煤粉燃尽过程
37、检测和诊断提供定火焰辐射率检测能为煤粉燃尽过程检测和诊断提供定量信息量信息火焰温度与黑度检测的意义火焰温度与黑度检测的意义Wang H,Huang Z,Wang D,Luo Z,Sun Y,Fang Q,Lou C and Zhou H.Meas.Sci.Technol.20(2009)114006(12pp)热能工程系热能工程系Department of Thermal EngineeringTsinghua University,Beijing,China56定向发射率：定向发射率：实际物体的实际物体的定向发射率定向发射率不仅随不仅随角角变化，也随变化，也随波长波长而变化物体而变化物体表面
38、微结构表面微结构的改变影响其定向发射率随角度和波长变化的规律的改变影响其定向发射率随角度和波长变化的规律，是是微尺度热辐射微尺度热辐射研究的重点之一研究的重点之一热能工程系热能工程系Department of Thermal EngineeringTsinghua University,Beijing,China57定向发射率：定向发射率：有关实际物体的有关实际物体的定向发射率定向发射率，要特别关注其对应的，要特别关注其对应的波长波长热能工程系热能工程系Department of Thermal EngineeringTsinghua University,Beijing,China58物体发
39、射率影响因素：物体发射率影响因素：物质种类；表面温度；表面状况（光滑或者粗糙）；波长物质种类；表面温度；表面状况（光滑或者粗糙）；波长热能工程系热能工程系Department of Thermal EngineeringTsinghua University,Beijing,China59物体吸收率：物体吸收率：随随波长波长强烈变化，具有强烈变化，具有光谱选择性光谱选择性热能工程系热能工程系Department of Thermal EngineeringTsinghua University,Beijing,China60实际物体吸收率的光谱选择性：实际物体吸收率的光谱选择性：给辐射传热的工
40、程计算带来很大困难给辐射传热的工程计算带来很大困难热辐射传递热辐射传递跟跟波长波长的强烈相关性是其主要特点之二的强烈相关性是其主要特点之二热能工程系热能工程系Department of Thermal EngineeringTsinghua University,Beijing,China61灰体的概念：灰体的概念：实际物体的光谱吸收率与实际物体的光谱吸收率与波长无关波长无关的假设：的假设：()常数热能工程系热能工程系Department of Thermal EngineeringTsinghua University,Beijing,China62灰体的概念：灰体的概念：即使灰体，其吸收率
41、一般要考虑即使灰体，其吸收率一般要考虑随温度的变化随温度的变化如何判断物体辐射的灰性假设是否成立？如何判断物体辐射的灰性假设是否成立？热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering63 双色法判断介质灰性及其温度黑度检测方法双色法判断介质灰性及其温度黑度检测方法 双色法（比色法）辐射温度检测方法双色法（比色法）辐射温度检测方法 双色法以火焰辐射率在检测波长下近似不变为前提双色法以火焰辐射率在检测波长下近似不变为前提 应用该方法时，很少考虑检测对象是否满足（灰性辐射）这个前提，应用该方法时，很少考虑检测对象是否满足（灰性辐射）这个前提，即使对于火焰温度检测
42、即使对于火焰温度检测 提出根据火焰提出根据火焰光谱曲线光谱曲线，对火焰对象是否为灰性进行判断，从而获，对火焰对象是否为灰性进行判断，从而获得正确可靠的温度、黑度检测结果得正确可靠的温度、黑度检测结果502511/lnRRRGGGITCI 热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering64 非灰性假设条件下，辐射率随波长的变化为连续函数-双色法测非灰性假设条件下，辐射率随波长的变化为连续函数-双色法测温前提温前提 在波长和其邻近的波长下，依据双色法的原理计算辐在波长和其邻近的波长下，依据双色法的原理计算辐射对象的温度。当趋近于零时，根据连续函数的特性，发射
43、率射对象的温度。当趋近于零时，根据连续函数的特性，发射率的变化也将趋近于零，即发射率近似不变的条件成立的变化也将趋近于零，即发射率近似不变的条件成立 温度：温度：发射率：发射率：介质灰性辐射特性判断方法介质灰性辐射特性判断方法52511()/lnITCI,()()bIIT 双色法判断介质灰性及其温度黑度检测方法双色法判断介质灰性及其温度黑度检测方法热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering6550055060065070001000000020000000300000004000000050000000600000007000000080000000
44、90000000Y=-1.58245E8+1.26691E6 X-3298.19148 X2+2.82653 X3光谱强度波长（nm）B Polynomial Fit of Data1_B 凝固汽油燃烧火焰辐射光谱凝固汽油燃烧火焰辐射光谱 双色法判断介质灰性及其温度黑度检测方法双色法判断介质灰性及其温度黑度检测方法 介质灰性辐射特性判断结果介质灰性辐射特性判断结果热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering66 凝固汽油燃烧火焰温度和黑度凝固汽油燃烧火焰温度和黑度480 500 520 540 560 580 600 620 640 660 680 7
45、00 720100012001400160018002000 温度(K)波 长(nm)T20 T15 T10 T5480 500 520 540 560 580 600 620 640 660 680 700 7200.0000.0050.0100.0150.0200.0250.0300.0350.040 辐 射率(/)波 长(nm)E20 E15 E10 E5温度（温度（K）黑度（）黑度（/）双色法判断介质灰性及其温度黑度检测方法双色法判断介质灰性及其温度黑度检测方法 介质灰性辐射特性判断结果介质灰性辐射特性判断结果热能工程系热能工程系Department of Thermal Engine
46、ering67 凝固汽油燃烧弹多次光谱检测凝固汽油燃烧弹多次光谱检测光谱曲线辐射率随波长变化光谱曲线辐射率随波长变化50060070080090010000.00E+0002.00E+0084.00E+0086.00E+0088.00E+0081.00E+0091.20E+0091.40E+0091.60E+009光谱仪输出强度波长 1 2 3 4凝固汽油，积分时间：1050060070080090010000.0000.0050.0100.0150.0200.0250.0300.035 辐射率(/)波长(nm)emisivity1=0.021 emisivity2=0.0275 emisiv
47、ity3=0.011 emisivity4=0.0241734K1659K1622K1562K 双色法判断介质灰性及其温度黑度检测方法双色法判断介质灰性及其温度黑度检测方法 介质灰性辐射特性判断结果介质灰性辐射特性判断结果凝固汽油燃烧火焰辐射满足凝固汽油燃烧火焰辐射满足灰性条件灰性条件热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering68 赤磷燃烧弹赤磷燃烧弹光谱曲线温度计算结果光谱曲线温度计算结果50060070080090010000.00E+0001.00E+0082.00E+0083.00E+008修正后的光谱强度波长 1 2 3 420040060
48、080010001200010002000300040005000波长温度分布波长间隔10nm 双色法判断介质灰性及其温度黑度检测方法双色法判断介质灰性及其温度黑度检测方法 介质灰性辐射特性判断结果介质灰性辐射特性判断结果热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering69 赤磷燃烧弹赤磷燃烧弹辐射率曲线辐射率曲线20030040050060070080090010001100-0.050.000.050.100.150.200.250.300.350.400.450.500.550.60 不同光谱曲线辐射率分布波长 光谱曲线1 光谱曲线2 光谱曲线3 光
49、谱曲线4 双色法判断介质灰性及其温度黑度检测方法双色法判断介质灰性及其温度黑度检测方法 介质灰性辐射特性判断结果介质灰性辐射特性判断结果赤鳞燃烧火焰辐射赤鳞燃烧火焰辐射非灰性非灰性Zhang X,Cheng Q,Lou C,Zhou H.Proceedings of the Combustion Institute 33(2011)27552762.热能工程系热能工程系Department of Thermal Engineering70 将双色法温度检测方法从灰性对象扩展为非灰性对象，大大扩展了将双色法温度检测方法从灰性对象扩展为非灰性对象，大大扩展了双色法的适用范围。双色法的适用范围。在非
50、灰性假设的前提下（取消灰性假设的前提），计算出对象的发在非灰性假设的前提下（取消灰性假设的前提），计算出对象的发射率随波长的变化，若为常数，则为灰性介质。这是介质是否为灰射率随波长的变化，若为常数，则为灰性介质。这是介质是否为灰性的检验方法。性的检验方法。所提出的检测介质发射率随波长变化的方法，具有进一步的实用价所提出的检测介质发射率随波长变化的方法，具有进一步的实用价值：为基于辐射图像处理的温度图像检测方法提供非灰性辐射特性值：为基于辐射图像处理的温度图像检测方法提供非灰性辐射特性的修正，因而扩展了火焰温度场可视化检测方法的应用对象。的修正，因而扩展了火焰温度场可视化检测方法的应用对象。双色