東南大學(xué)傳熱學(xué)課件：第八章 第二節(jié) 被透明介質(zhì)隔開的兩固體表面間的輻射換熱

1、第二節(jié) 被透明介質(zhì)隔開的被透明介質(zhì)隔開的兩固體表面間的輻射換熱兩固體表面間的輻射換熱 在熱量傳遞的三種基本方式中，導(dǎo)熱與對(duì)流都發(fā)生在直接接觸的物體之間，而輻射換熱則可以發(fā)生在兩個(gè)被真空或透熱介質(zhì)隔開的表面之間。 這里的透熱介質(zhì)是指不參與熱輻射的介質(zhì)，例如空氣。 本章所討論的固體表面間的輻射換熱是指表面之間不存在參與熱輻射介質(zhì)的情形?；蛘邊⑴c換熱的表面被透熱介質(zhì)隔開。計(jì)算輻射換熱應(yīng)注意的問題 熱輻射是物體以電磁波方式向外傳遞能量的過程，在計(jì)算任何一個(gè)表面與外界之間的輻射換熱時(shí)，必須把由該表面向空間各個(gè)方向發(fā)射出去的輻射能都考慮在內(nèi)，也必須把由空間各個(gè)方向投入到該表面上的輻射能也包括進(jìn)去。為了保證

2、這一點(diǎn)，計(jì)算的對(duì)象必須是包含所研究表面在內(nèi)的一個(gè)封閉腔封閉腔。這個(gè)輻射換熱封閉腔的表面可以全部是物理上真是的，也可以是部分虛構(gòu)的。最簡單的封閉腔就是兩塊無限接近的平行平板。本節(jié)只討論由兩個(gè)表面組成的封閉系統(tǒng)，重點(diǎn)是灰體表面間輻射換熱的計(jì)算方法，多表面系統(tǒng)則留待下節(jié)討論。 兩個(gè)黑表面間的輻射換熱 如圖所示，兩個(gè)黑表面在垂直紙面方向是無限長的。這種只有兩個(gè)物體間的輻射換熱系統(tǒng)簡稱為二維系統(tǒng)。此時(shí)兩物體間的輻射換熱量用下面的公式計(jì)算 42412, 11211 , 22212, 111 , 2222, 1112, 1TTXAEEXAEEXAXEAXEAbbbbbb對(duì)計(jì)算公式的說明 上式說明，黑體間的輻

3、射換熱除了和參與換熱的兩個(gè)表面的溫度有關(guān)，還與兩個(gè)表面間的相對(duì)位置有關(guān)，即與角系數(shù)有關(guān)。 當(dāng)兩個(gè)表面相互平行且靠得很近時(shí)，或者一個(gè)物體包圍另一個(gè)物體時(shí)，這時(shí)，一個(gè)表面發(fā)射的能量可以全部落到另一個(gè)表面上，此時(shí)兩個(gè)表面間的輻射換熱量為最大。 對(duì)于二維系統(tǒng)的輻射，兩個(gè)物體間的輻射換熱量也等于高溫物體失去的熱量或低溫物體得到的熱量。兩個(gè)灰表面間的輻射換熱 灰體不同于黑體，灰體間的輻射換熱要比黑體復(fù)雜得多，這是因?yàn)椋?（1）灰體表面的吸收比小于1，因此投入到灰體表面上的輻射能不能被全部吸收，要經(jīng)過多次的反射； （2）灰體表面向外發(fā)射的輻射能不僅包含自身的輻射力，同時(shí)還包含被反射的輻射能。 因此，這就給計(jì)

4、算帶來了不少復(fù)雜性。為避免在計(jì)算輻射換熱時(shí)出現(xiàn)多次吸收及反射的復(fù)雜性，在介紹灰體輻射換熱之前，先來介紹兩個(gè)概念。 兩個(gè)概念 投入輻射：單位時(shí)間內(nèi)投射到表面的單位面積上的總輻射能稱為投入輻射，用符號(hào)G表示，其單位是 ； 有效輻射：單位時(shí)間內(nèi)離開表面單位面積的總輻射能稱為該表面的有效輻射，用符號(hào)J表示，其單位是 。 2W/m2W/mJGA有效輻射的計(jì)算 對(duì)一個(gè)表面而言，其有效輻射不僅包含該表面的自身輻射力，而且包含投入輻射被反射的部分。 有效輻射就是在表面外可以感受到的總輻射能，所以它是可以用輻射探測儀測量到的灰體表面的總輻射能。 111111111GEGEJb灰體表面凈輻射換熱量的計(jì)算 從表面的

5、外部來觀察，該換熱量就等于其有效輻射與投入輻射之差，即 從表面內(nèi)部觀察，該換熱量就等于其自身輻射力與吸收輻射之差，即 從上面兩式中消去投入輻射，即可得到有效輻射與表面凈輻射換熱量之間的關(guān)系為 JGAGJqGEqqEqEJb11111JEqb兩個(gè)灰表面間輻射換熱量的計(jì)算 對(duì)于由兩個(gè)灰表面組成的封閉輻射系統(tǒng)，其輻射換熱量為 212, 111 , 2222, 1112, 1JJXAXJAXJA11111111bEAJA22222211bEAJA2222, 11111212, 1111AXAAEEbb 若用 作為計(jì)算面積，則上式可以改寫為 212, 1122212, 1112112, 1111bbsbbEEXAAAXEEA1A111111121 , 212, 1XXs系統(tǒng)發(fā)射率說明由灰體組成的輻射系統(tǒng)在同樣條件下比黑體輻射系統(tǒng)的輻射換熱量要小。幾種特例 兩換熱物體均為黑體 121212, 111 , 2222, 1112, 1bbbbEEXAXEAXEA幾種特例 表面1為平面或凸表面 12, 1X11122112112, 1AAEEAbb幾種特例 兩表面的面積近似相等 21AA 2, 1212112, 11211XEEAbb幾種特例 表面2的面積大于大于表面1 0/,2112AAAA2, 112112, 1111