690 红外干燥装置-黑体辐射力

原理

波长为0.1~100um的电磁波（包括一部分紫外线、全部可见光、红外线）称为热辐射，由固体中的分子振动、晶格振动或束缚电子的迁移所产生。

红外辐射中，波长0.76~2.0um称为近红外，2.0~4.0um称为中红外，4.0~25.0um称为远红外。

黑体

能完全吸收到达热辐射的物体称为黑体，黑体发射热辐射的能力也最强。

单色辐射力

黑体的单色辐射力为某温度黑体在某波长附近单位波长对应的热辐射强度，计算式为（普朗克定律）：

c₁=3.742*10⁸W.um⁴/m²

c₂=1.439*10⁴um.K

a= c₂/(TL)

E_BL= c₁L^-5/(e^a-1)

式中，T为黑体温度，K；L为波长，um；E_BL为黑体的单色辐射力，W/(um.m²)。

示例

温度1000K的黑体发射波长为2 um的热辐射的单色辐射力为：

a= 1.439*10⁴/(1000*2)=7.195

E_BL=3.742*10⁸*2^-5/(e^7.195-1)

=0.117*10⁸/1332

=8.8*10³ W/(um.m²)

不同温度下黑体的单色辐射力随波长的变化如下图所示。

峰顶波长

上图中某温度黑体的单色辐射力随波长的变化曲线呈山峰形曲线，峰顶处波长为最大单色辐射力对应的波长，该波长满足下式（维恩位移定律，即峰顶波长随温度升高而向左侧短波方向移动）：

TL_max=2897um.K

式中，T为黑体温度，K；L_max为峰顶波长，um。

示例

黑体为800K时，峰顶波长约为：

2897/800=3.6um

全辐射力

某温度下黑体的单色辐射力对全波长范围进行积分，可得到全辐射力如下（斯蒂芬-玻尔兹曼定律）：

E_b=5.67(T/100)⁴  W/m²

式中，E_b为黑体的全辐射力，W/m²；T为黑体温度，K。

示例

温度为333K（60℃）的黑体，其全辐射力为：

E_b=5.67(333/100)⁴=697W/m²

波段辐射力

某温度黑体在某波段范围的辐射力为：

E_L1-L2=E_bF_L1-L2

式中，E_L1-L2为某温度黑体在波长L1~L2之间的热辐射，W/m²；E_b为该温度下黑体的全辐射力，W/m²；F_L1-L2为波段L1~L2的黑体辐射比率，无因次。

黑体辐射比率取决于波长与温度的乘积，某温度下波长0~L的波段的黑体辐射比率函数曲线如下（传热学，圆山重直主编，王世学张信荣等编译，北京大学出版社，2011）。

某温度下波长0~L的波段的黑体辐射比率如下表（摘自“现代干燥技术”专著）。

示例

温度1000K黑体在波段1um~3um之间的热辐射为：

由上表，波段0~1um的黑体辐射比率为（TL=1000um.K）：

F_0-1um=0.0323%

波段0~3um的黑体辐射比率为（TL=3000um.K）：

F_0-3um=27.36%

波段1um~3um的黑体辐射比率为：

F_1um-3um=(27.36-0.0323)%=27.33%

1000K黑体的全辐射力为：

E_b=5.67*(1000/100)⁴=5.67*10⁴  W/m²

1000K黑体在1um~3um波段的辐射力为：

E_1-3=0.2733*5.67*10⁴

=1.55*10⁴   W/m²