哈工大傳熱學(xué)第9章熱輻射基本定律20-22

1、第第9章章 輻射輻射換換熱計(jì)算熱計(jì)算哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué) 張承虎張承虎2013 / 05 / 19內(nèi)容安排 作業(yè)：P223-225 題號(hào)：6、11、15、16、21、27、38、35內(nèi)容安排 共3講，6學(xué)時(shí) 第20講 空間熱阻與網(wǎng)絡(luò)圖 第21講 表面熱阻與輻射換熱方程組 第22講 角系數(shù)求解與氣體輻射內(nèi)容安排（1）角系數(shù)的物理意義（2）空間熱阻與網(wǎng)絡(luò)圖（1）發(fā)射率與表面熱阻（2）封閉空腔的輻射換熱方程組（1）角系數(shù)的特性與求解計(jì)算（2）氣體輻射的特點(diǎn)與影響因素1 本講的主要內(nèi)容安排與介紹本講的主要內(nèi)容安排與介紹第20講 空間熱阻與網(wǎng)絡(luò)圖1本講內(nèi)容本講內(nèi)容：（1）角系數(shù)的概念與特點(diǎn)（2）

2、空間熱阻的概念（3）封閉空腔模型與網(wǎng)絡(luò)圖（4）黑體輻射計(jì)算2.1 兩非凹表面見(jiàn)的輻射換熱兩非凹表面見(jiàn)的輻射換熱第18講 基本概念與基本定律2角系數(shù)1表面與2表面均是非凹黑體表面，溫度均勻d11dA2dA2L1212ABCD1 2112 1bdFEdA d221 2112cosbdAdFEdAL221 21112coscosbdAdFIdAL12121 212coscosbdA dAdFIL112121 22coscosbEdA dAdFL2 1?dF2.1 兩非凹表面見(jiàn)的輻射換熱兩非凹表面見(jiàn)的輻射換熱第18講 基本概念與基本定律2角系數(shù)1表面與2表面均是非凹黑體表面，溫度均勻1212ABCD1

3、 21 2BDACFdF 121121 2122coscosbA AEFdA dAL 121211221 2111coscosbA AbEdA dALFFEA 121 21212122111coscosA AFdA dAXFAL 角系數(shù)1?F 1 21?FF2.2 角系數(shù)的物理意義與特點(diǎn)角系數(shù)的物理意義與特點(diǎn)第18講 基本概念與基本定律2角系數(shù)12121212211coscosA AXdA dAAL 角系數(shù)：【1】角系數(shù)表面1輻射的能量落到表面2上的百分比（不論是不是被全部吸收）。無(wú)單位1 21121112bFF XEA X【2】角系數(shù)純幾何量，即只要2表面的形狀和位置固定，則角系數(shù)確定，與表

4、面的溫度、發(fā)射率、吸收率無(wú)關(guān)2.2 角系數(shù)的物理意義與特點(diǎn)角系數(shù)的物理意義與特點(diǎn)第18講 基本概念與基本定律2角系數(shù)12121212211coscosA AXdA dAAL 角系數(shù)：【3】角系數(shù)一個(gè)四重積分。計(jì)算角系數(shù)的基本方法【4】角系數(shù)互換性。12122112221coscosA AXdA dAAL 1212121212122coscosA AXAXAdA dAL 2.2 角系數(shù)的物理意義與特點(diǎn)角系數(shù)的物理意義與特點(diǎn)第18講 基本概念與基本定律2角系數(shù)12121212211coscosA AXdA dAAL 角系數(shù)：【5】角系數(shù)【6】雖然角系數(shù)是純幾何量，與表面特性無(wú)關(guān)，但是角系數(shù)用于輻射

5、計(jì)算，要求：111100XX非凹表面凹表面bE（1）漫灰表面即 、 與 、 無(wú)關(guān)（2）表面溫度均勻一致與位置無(wú)關(guān)自身的輻射照射到自己身上3 空間熱阻的概念及其計(jì)算空間熱阻的概念及其計(jì)算第18講 基本概念與基本定律3空間熱阻微元凈換熱量：d11dA2dA2L112121 22coscosbEdA dAdFL212122 12coscosbEdA dAdFL12121 2122coscosbbdA dAdEEL12121 2122coscosbbdA dAEEL=？3 空間熱阻的概念及其計(jì)算空間熱阻的概念及其計(jì)算第18講 基本概念與基本定律3空間熱阻12121 2122coscosbbdA dAE

6、EL1212ABCD121212XAXA12121 212121211bbbbEEEEXAXA1 212121bbEEXA空間熱阻：2121212111msRXAXA空間熱阻：由于能量沒(méi)有被全部接受而造成的損失，相當(dāng)于傳熱阻力3 空間熱阻的概念及其計(jì)算空間熱阻的概念及其計(jì)算第18講 基本概念與基本定律3空間熱阻1212ABCD12121 212121211bbbbEEEEXAXA注意：熱壓 Eb 有方向2121212111msRXAXA3 空間熱阻的概念及其計(jì)算空間熱阻的概念及其計(jì)算熱阻熱阻熱壓熱壓熱流熱流平壁圓筒壁對(duì)流輻射第18講 基本概念與基本定律3空間熱阻2om CWo12Cwwtt2W

7、maqo211m Cln2Wddo12CwwttWmlq2o1 m CWhoCfwtt2Wmaq212111mX A122WmbbEEW4.1 封閉空腔模型的概念封閉空腔模型的概念第18講 基本概念與基本定律4封閉空腔模型封閉空腔模型：封閉空腔模型：輻射計(jì)算的基本方法。參與輻射換熱的表面與虛擬的環(huán)境表面構(gòu)成封閉空腔需確定環(huán)境虛擬表面的輻射特性和溫度（1）不封閉：加虛擬表面（2）表面不一定為平面，可凸可凹（3）表面之間不一定接觸（環(huán)）（4）表面之間不一定連續(xù)，按溫度和發(fā)射率、吸收率劃分4.2 封閉空腔特點(diǎn)與角系數(shù)完整性封閉空腔特點(diǎn)與角系數(shù)完整性第18講 基本概念與基本定律4封閉空腔模型,1,2,

8、1niiii ni jjFFFFFiFiF(1)含, i iF,1,2,11niii ni jjXXXX(2)含, i iX,1niijj ijjFFXA (3),111,nnbibjii jjji jiEEXA A、黑體封閉空腔輻射換熱計(jì)算角系數(shù)的完整性iFB、,ii j與意義不同C、真正關(guān)心的是i4.3 封閉空腔特點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)圖封閉空腔特點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)圖第18講 基本概念與基本定律4封閉空腔模型（1）2個(gè)表面的輻射換熱網(wǎng)絡(luò)圖（2）3個(gè)表面的輻射換熱網(wǎng)絡(luò)圖畫(huà)出輻射換熱網(wǎng)絡(luò)圖基爾霍夫電流、電壓定律（3）4個(gè)表面？（4）n個(gè)表面？5.1 無(wú)限大平行平壁（黑體）無(wú)限大平行平壁（黑體）第18講 基本概念與基本

9、定律5黑體輻射計(jì)算例如窗玻璃12341,2?X44121,212121bbbEEATTA 3,2?X33,13,23,4 3,4?X4443333123122222bbbbAAEEETTT 5.2 2個(gè)黑表面的封閉空腔個(gè)黑表面的封閉空腔第18講 基本概念與基本定律5黑體輻射計(jì)算1,2?X?11,2 121? ?1,31,21?XX?22,1 2? 1235.3 2個(gè)不接觸黑表面的封閉空腔個(gè)不接觸黑表面的封閉空腔第18講 基本概念與基本定律5黑體輻射計(jì)算1,2?X?11,2 1? ?22,1 2? 125.4 含絕熱面的封閉空腔含絕熱面的封閉空腔（3）溫度的確定方法：先計(jì)算熱壓 ， 再由 計(jì)算溫

10、度第18講 基本概念與基本定律5黑體輻射計(jì)算,00ii j 但，斷路P229例9-1絕熱面的重要特點(diǎn)：（1）E（2）溫度浮動(dòng)而不確定，介于最高與最低之間4biET（4）重輻射面，相當(dāng)于全反射面。（5）參與輻射換熱，對(duì)換熱系統(tǒng)有深刻影響。5.4 含絕熱面的封閉空腔含絕熱面的封閉空腔第18講 基本概念與基本定律5黑體輻射計(jì)算無(wú)限長(zhǎng)半圓管（二維問(wèn)題）3表面為絕熱面（5）輻射網(wǎng)絡(luò)圖（標(biāo)注熱阻） 1,21?X123 2,12?X 2,33?X 2,24?X6本講小結(jié)角系數(shù)角系數(shù) 角系數(shù)的物理意義角系數(shù)的物理意義 對(duì)稱性（互換性）對(duì)稱性（互換性） 完整性完整性空間熱阻空間熱阻 空間熱阻的物理意義空間熱阻的

11、物理意義 空間熱阻對(duì)應(yīng)的熱壓與熱流空間熱阻對(duì)應(yīng)的熱壓與熱流 空間熱阻的額計(jì)算空間熱阻的額計(jì)算封閉空腔模型封閉空腔模型 封閉空腔的意義封閉空腔的意義 黑體空腔的輻射換熱計(jì)算公式黑體空腔的輻射換熱計(jì)算公式 輻射網(wǎng)絡(luò)圖輻射網(wǎng)絡(luò)圖第20講 基本概念與基本定律思考題1 角系數(shù)的定義、性質(zhì)、計(jì)算方法(特別是代數(shù)分析法)和適用條件2 能量守恒的分析方法在兩固體表面間輻射換熱的應(yīng)用3 系統(tǒng)黑度的計(jì)算公式及三種特殊情形的處理4 熱網(wǎng)絡(luò)法的基本思路、計(jì)算過(guò)程、熱網(wǎng)絡(luò)圖5 重輻射面的性質(zhì)、影響輻射換熱的形式及其溫度的求解方法，以及重輻射面與黑表面的區(qū)別6 輻射換熱的強(qiáng)化與削弱應(yīng)該考慮的因素及其作用過(guò)程，特別是熱輻射擋板7 氣體輻射的特點(diǎn)：光譜依賴特性和容積輻射特性思考題1 氣體輻射的衰減規(guī)律及其計(jì)算公式、氣體的吸收系數(shù)和發(fā)射率2 投入輻射、有效輻射、系統(tǒng)黑度、熱勢(shì)差、表面輻射熱阻、空間輻射熱阻、衰減系數(shù)、射線程長(zhǎng)3 角系數(shù)的定義及性質(zhì).4 兩維表面間角系數(shù)的計(jì)算方法 (代數(shù)分析法, 圖表法).5 多層無(wú)限大灰體平板間的輻射換熱計(jì)算方法.6 有效輻射的概念及如何應(yīng)用在灰體輻射計(jì)算中.7 一個(gè)灰體和大空間之間輻射換