第9章_輻射傳熱的計算

1、第第9 9章章輻射傳熱計算輻射傳熱計算 基基 本本 要要 求求1掌握輻射角系數(shù)的定義、特性及常用計算掌握輻射角系數(shù)的定義、特性及常用計算 方法，并能針對實際情況計算角系數(shù)方法，并能針對實際情況計算角系數(shù)2能進(jìn)行兩表面系統(tǒng)的輻射傳熱計算能進(jìn)行兩表面系統(tǒng)的輻射傳熱計算3能針對實際輻射傳熱系統(tǒng)熟練繪制輻射網(wǎng)能針對實際輻射傳熱系統(tǒng)熟練繪制輻射網(wǎng) 絡(luò)圖，并能應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)法進(jìn)行多表面系統(tǒng)的絡(luò)圖，并能應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)法進(jìn)行多表面系統(tǒng)的 輻射傳熱計算輻射傳熱計算4了解輻射性氣體與非輻射性氣體的概念、了解輻射性氣體與非輻射性氣體的概念、 氣體輻射的特點氣體輻射的特點5能進(jìn)行輻射傳熱過程強化與削弱的分析能進(jìn)行輻射傳熱過程強化

2、與削弱的分析(包包 括進(jìn)行有遮熱板的輻射傳熱系統(tǒng)括進(jìn)行有遮熱板的輻射傳熱系統(tǒng)) 主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容重點重點：固體表面間輻射傳熱的計算：固體表面間輻射傳熱的計算角系數(shù)的定義、性質(zhì)及計算角系數(shù)的定義、性質(zhì)及計算兩表面封閉系統(tǒng)的輻射傳熱兩表面封閉系統(tǒng)的輻射傳熱 1、兩黑體間的輻射傳熱、兩黑體間的輻射傳熱 2、由兩個等溫的漫灰表面組成的封閉、由兩個等溫的漫灰表面組成的封閉 系統(tǒng)的輻射傳熱系統(tǒng)的輻射傳熱多表面系統(tǒng)的輻射傳熱多表面系統(tǒng)的輻射傳熱輻射傳熱的強化與削弱輻射傳熱的強化與削弱綜合傳熱問題分析綜合傳熱問題分析 9.1 輻射傳熱的角系數(shù)輻射傳熱的角系數(shù) 輻射換熱計算的基礎(chǔ)輻射換熱計算的基礎(chǔ)一、角系

3、數(shù)的一、角系數(shù)的定義定義 二、角系數(shù)的二、角系數(shù)的特性特性：相對性、完整性、可加性：相對性、完整性、可加性三、角系數(shù)的三、角系數(shù)的計算計算：直接積分法、代數(shù)分析法、：直接積分法、代數(shù)分析法、幾何分析法、形狀分解法幾何分析法、形狀分解法 9.1.1 角系數(shù)的定義及計算假定角系數(shù)的定義及計算假定ijijiX,假定假定：(1)所研究表面是漫射的所研究表面是漫射的 (2)在所研究表面的不同地點上向外發(fā)射的在所研究表面的不同地點上向外發(fā)射的 輻射熱流密度是均勻的輻射熱流密度是均勻的定義定義: 表面表面i發(fā)出的輻射能中發(fā)出的輻射能中 落到表面落到表面j上的百分?jǐn)?shù)，上的百分?jǐn)?shù)， 稱為表面稱為表面i對表面對表

4、面j的角的角 系數(shù)，記為系數(shù)，記為Xi，j角系數(shù)是一角系數(shù)是一純幾何因子純幾何因子9.1.2 角系數(shù)的性質(zhì)角系數(shù)的性質(zhì)相對性、完整性、可加性相對性、完整性、可加性1.角系數(shù)的角系數(shù)的相對性：相對性：)29(,ijjjiiXAXA2、角系數(shù)的、角系數(shù)的完整性完整性：), 2 , 1()39( 11,2,1 ,njXXXXniijnjjj對于圖示由對于圖示由n個表面所組成的封閉系統(tǒng)，有：個表面所組成的封閉系統(tǒng)，有：其中：其中：對于平面或凸面，對于平面或凸面，Xi，i=0 對于凹面，對于凹面，Xi，i03、角系數(shù)的、角系數(shù)的可加性可加性：)48(12, 12, 1niiXXnkjkijiXX1,廣義

5、形式：廣義形式：9.1.3 角系數(shù)的計算方法角系數(shù)的計算方法1、直接積分法直接積分法（數(shù)學(xué)分析法）（數(shù)學(xué)分析法） 直接利用角系數(shù)的定義，得直接利用角系數(shù)的定義，得 幾種典型三維幾何體系的角系數(shù)線算圖見幾種典型三維幾何體系的角系數(shù)線算圖見399，P400；相應(yīng)的角系數(shù)計算公式見；相應(yīng)的角系數(shù)計算公式見P402表表9-2； 某些二維結(jié)構(gòu)的角系數(shù)計算公式見某些二維結(jié)構(gòu)的角系數(shù)計算公式見P401表表9-1 122212112, 1coscos1A ArdAdAAX(9-6)其結(jié)果用線算圖表示。其結(jié)果用線算圖表示。2、代數(shù)分析法代數(shù)分析法*利用角系數(shù)的三個性質(zhì)求解利用角系數(shù)的三個性質(zhì)求解 結(jié)果：結(jié)果：1

6、3212,12 AAAAX13212LLLL(1)三角形法三角形法條件：條件：a.三個表面均為非三個表面均為非 凹表面；凹表面； b.垂直于紙面方向垂直于紙面方向 為足夠長為足夠長結(jié)果：結(jié)果：abbdacbcadX2)()(2 , 1的斷面長度表面不交叉線之和交叉線之和12(2)交叉交叉線法線法 條件：條件：a.二個表面均為非凹二個表面均為非凹 表面；表面； b.垂直于紙面方向為垂直于紙面方向為 足夠長足夠長3、根據(jù)已知幾何關(guān)系的角系數(shù)、根據(jù)已知幾何關(guān)系的角系數(shù), 推出其他幾何關(guān)系推出其他幾何關(guān)系 的角系數(shù)的角系數(shù)-也稱也稱形狀分解法形狀分解法關(guān)鍵：關(guān)鍵：ACABCBCABACBAXXAXXX

7、X,)(,)( ,實例：例題實例：例題9-14、幾種特殊幾何關(guān)系的角系數(shù)、幾種特殊幾何關(guān)系的角系數(shù)(2)兩平行大平板：兩平行大平板：11 ,22, 1 XX(1)包容關(guān)系（包容關(guān)系（1是被包物體是被包物體凸面）凸面）212,1211 ,22,1, 1FFXFFXX1, 2)1( , 2211 , 222, 1)(AXXAAXAXAA相對性相對性可加性可加性其中，其中，X2,（1+A）、 X2,A可由線算圖查得；可由線算圖查得； A1、A2已知已知P404例例9-1：求角系數(shù)：求角系數(shù)X1，2例：求鍋爐爐堂內(nèi)火焰對水冷壁管的角系數(shù)例：求鍋爐爐堂內(nèi)火焰對水冷壁管的角系數(shù)ADBCDAMBADADBC

8、DAMBADXXAMBAD222,_9.2 兩表面封閉系統(tǒng)的輻射傳熱兩表面封閉系統(tǒng)的輻射傳熱黑體間的輻射傳熱黑體間的輻射傳熱兩個漫灰表面組成的封閉腔的輻射傳熱兩個漫灰表面組成的封閉腔的輻射傳熱1、兩個概念：有效輻射、兩個概念：有效輻射、投入輻射投入輻射2、輻射換熱計算公式、輻射換熱計算公式前提：固體表面間的介質(zhì)對熱輻射透明前提：固體表面間的介質(zhì)對熱輻射透明(透熱介質(zhì)透熱介質(zhì)) 9.2.1 兩黑體表面組成的封閉腔的輻射傳熱兩黑體表面組成的封閉腔的輻射傳熱1. 封閉腔模型封閉腔模型 在輻射傳熱計算中在輻射傳熱計算中, 計算對象必須是包含所計算對象必須是包含所 研究表面在內(nèi)的一個封閉腔。該封閉腔的表

9、面研究表面在內(nèi)的一個封閉腔。該封閉腔的表面 可以是真實的，也可以部分是虛構(gòu)的?？梢允钦鎸嵉?，也可以部分是虛構(gòu)的。 這樣，在計算任何一個表面與外界之間的這樣，在計算任何一個表面與外界之間的 輻射傳熱時，可保證把由該表面向空間各個方輻射傳熱時，可保證把由該表面向空間各個方 向發(fā)射出去的輻射能及由空間各個方向投入到向發(fā)射出去的輻射能及由空間各個方向投入到 該表面的輻射能均包括進(jìn)去。該表面的輻射能均包括進(jìn)去。)119()()(:211 , 22212, 111 , 2222, 11112212, 1bbbbbbEEXAEEXAXAEXAE傳熱量兩黑體表面間的凈輻射角系數(shù)的相對性角系數(shù)的相對性單位時間內(nèi)

10、從表面單位時間內(nèi)從表面1上發(fā)出到達(dá)表面上發(fā)出到達(dá)表面2的輻射能：的輻射能：2, 11121XAEb單位時間內(nèi)從表面單位時間內(nèi)從表面2上發(fā)出到達(dá)表面上發(fā)出到達(dá)表面1的輻射能：的輻射能：1 ,22212XAEb2. 兩黑體表面封閉系統(tǒng)的輻射傳熱兩黑體表面封閉系統(tǒng)的輻射傳熱灰體間輻射傳熱的特點：灰體間輻射傳熱的特點：存在多次吸收和反射過程存在多次吸收和反射過程兩無限大灰體兩無限大灰體平行平板間的平行平板間的多次反射和吸多次反射和吸收過程收過程9.2.2 有效輻射有效輻射1. 有效輻射的定義有效輻射的定義 有效輻射有效輻射J 在單位時間內(nèi)離開表面單位表面積的總輻射在單位時間內(nèi)離開表面單位表面積的總輻射

11、 能，稱為該表面的有效輻射能，稱為該表面的有效輻射 投入輻射投入輻射G 單位時間內(nèi)投射到單位表面積上的總輻射能，單位時間內(nèi)投射到單位表面積上的總輻射能， 稱為對該表面的投入輻射稱為對該表面的投入輻射 假定假定:表面溫度均勻表面溫度均勻,且發(fā)射特性和吸收特性是常數(shù)且發(fā)射特性和吸收特性是常數(shù)2. 有效輻射與輻射傳熱量的關(guān)系有效輻射與輻射傳熱量的關(guān)系(參見右圖參見右圖)：)()1 (11111111aGEGEJb注：注：考慮到表面考慮到表面1的任意性，后的任意性，后 兩式中已刪除了下角碼兩式中已刪除了下角碼“1”)(11111bGJAq表面表面1的能量收支差額為：的能量收支差額為：)(1111cGE

12、q或：或：)129()11(qEJb或：或：1JEqb9.2.3 兩個漫灰表面組成的封閉腔的輻射傳熱兩個漫灰表面組成的封閉腔的輻射傳熱將式將式（9-12）分別應(yīng)用于表面分別應(yīng)用于表面1、2，有：，有：1 ,2222222, 111111)11(;)11(bbEAAJEAAJ參照黑體公式參照黑體公式(9-11),對于兩灰體表面間的輻射傳熱有：對于兩灰體表面間的輻射傳熱有：)(1 , 2222, 1112, 1dXJAXJA上面三式聯(lián)立求解（上面三式聯(lián)立求解（ ） ，解得：，解得： 1 , 22 , 1)(*)139()11(1)11()()139(111212,112212,112112222,

13、11111212,1bbsbbbbEEXAbAAXEEAaAXAAEE式中，式中，)11()11(1 121 ,212, 1XXs稱為系統(tǒng)發(fā)射率稱為系統(tǒng)發(fā)射率(其值與輻射傳熱系統(tǒng)的組合有關(guān)其值與輻射傳熱系統(tǒng)的組合有關(guān),1)特例特例（簡化）：（簡化）：1、表面表面1 為非凹表面為非凹表面，X1，2=1。則：。則：)159()() 11(1)(21122112112, 1bbsbbEEAAAEEA其中，系統(tǒng)黑度為：其中，系統(tǒng)黑度為：)11(112211AAs2、:),( 121則有如兩無限大平行平板AA)169(111)(212112,1bbEEA典型實例：典型實例：熱水瓶膽、貯液容器、雙層玻璃窗

14、等等熱水瓶膽、貯液容器、雙層玻璃窗等等 3、)179(21112, 1bbEEA:),1(1,01221則有為非凹表面且XAA典型實例：典型實例：放置于大房間內(nèi)的小物體（如高溫管道）與房間放置于大房間內(nèi)的小物體（如高溫管道）與房間壁間的輻射傳熱；壁間的輻射傳熱；熱電偶節(jié)點（或其他溫度計的溫包）與管壁間的熱電偶節(jié)點（或其他溫度計的溫包）與管壁間的輻射傳熱；輻射傳熱；廠房內(nèi)設(shè)備的輻射散熱；廠房內(nèi)設(shè)備的輻射散熱；鍋爐觀察窗與爐膛壁間的輻射傳熱，鍋爐觀察窗與爐膛壁間的輻射傳熱，等等。等等。例：例：q、的計算（的計算（P408-410）例例9-2：液氮儲存容器單位面積散熱量：液氮儲存容器單位面積散熱量q

15、的計算的計算 簡化成兩無限大平行平板處理簡化成兩無限大平行平板處理例例9-3：置于方形磚槽道內(nèi)的鋼管輻射熱損失：置于方形磚槽道內(nèi)的鋼管輻射熱損失的計算的計算 直接用公式（直接用公式（9-15）或近似采用）或近似采用A1/A20 模型模型例例9-4：圓筒形埋地式加熱爐熱損失：圓筒形埋地式加熱爐熱損失的計算的計算* （同類型問題：熱金屬板中的孔壁對外輻射）（同類型問題：熱金屬板中的孔壁對外輻射） 處理方法：處理方法：(1)將開口看作溫度為環(huán)境溫度的黑體將開口看作溫度為環(huán)境溫度的黑體(2)溫度、黑度條件相同且相連的內(nèi)表溫度、黑度條件相同且相連的內(nèi)表 面作為一個表面處理面作為一個表面處理 三個等溫黑表

16、面三個等溫黑表面組成的封閉腔輻射組成的封閉腔輻射)()(313,11323,223,13,2bbbbEEXAEEXA9.3 多表面系統(tǒng)的輻射傳熱多表面系統(tǒng)的輻射傳熱2、計算方法：、計算方法： 網(wǎng)絡(luò)法網(wǎng)絡(luò)法* 把輻射熱阻比擬成等效的電阻，從而把輻射熱阻比擬成等效的電阻，從而 通過等效的網(wǎng)絡(luò)圖來求解輻射傳熱通過等效的網(wǎng)絡(luò)圖來求解輻射傳熱 數(shù)值法（原理同導(dǎo)熱問題的數(shù)值計算）數(shù)值法（原理同導(dǎo)熱問題的數(shù)值計算）1、本節(jié)討論、本節(jié)討論重點重點：某一表面的凈輻射傳熱量的計算：某一表面的凈輻射傳熱量的計算 工程計算的主要目的工程計算的主要目的 某一表面的某一表面的凈輻射傳熱量凈輻射傳熱量 為該表面與其余各表面

17、分別傳熱的傳熱量之和為該表面與其余各表面分別傳熱的傳熱量之和9.3.1 兩表面換熱系統(tǒng)的輻射網(wǎng)絡(luò)兩表面換熱系統(tǒng)的輻射網(wǎng)絡(luò)1、表面網(wǎng)絡(luò)單元、表面網(wǎng)絡(luò)單元由式（由式（9-12）得：）得：)189(11AJEJEqbb或式中：式中：A1,1 稱為表面輻射熱阻，稱為表面輻射熱阻，Rs（由表面的非黑性引起）（由表面的非黑性引起）特例：特例：黑體，黑體， =1， Rs =0，Eb=J； 大表面大表面(A很大很大)， Rs 0， Eb J)129() 11(qEJb等效電路圖：等效電路圖：AJEb11JEqb2、空間網(wǎng)絡(luò)單元、空間網(wǎng)絡(luò)單元由式（由式（d）：）：)(212, 111 , 2222, 1112,

18、 1JJXAXJAXJA)199(111 ,22212, 11212, 1XAJJXAJJ得：得：式中：式中：稱為表面稱為表面1,2間的空間的空間輻射熱阻，間輻射熱阻，RP1 , 222, 1111XAXA等效電路圖：等效電路圖：1 ,22212, 11212, 111XAJJXAJJ2,1212,11XJJq1 ,2211 ,21XJJq(1)畫出等效的畫出等效的輻射網(wǎng)絡(luò)圖輻射網(wǎng)絡(luò)圖，并求出各熱阻值及與，并求出各熱阻值及與 各表面溫度對應(yīng)的各表面溫度對應(yīng)的Eb值；值；(2)列出各節(jié)點的節(jié)點電流方程（依據(jù)：直流電路列出各節(jié)點的節(jié)點電流方程（依據(jù)：直流電路 中的基爾霍夫定律），得一代數(shù)方程組；中

19、的基爾霍夫定律），得一代數(shù)方程組；(3)求解上述代數(shù)方程求解上述代數(shù)方程(組組)，得各節(jié)點電勢值，得各節(jié)點電勢值Ji*； (4)計算輻射傳熱量。其中：計算輻射傳熱量。其中：iiiibiiAJEi1:的凈輻射傳熱量表面jiijijiXAJJji,1:,間的凈輻射傳熱量表面9.3.2 多表面封閉系統(tǒng)輻射網(wǎng)絡(luò)法求解步驟多表面封閉系統(tǒng)輻射網(wǎng)絡(luò)法求解步驟(1)分析輻射換熱系統(tǒng)的換熱情況，確定參與換熱的表分析輻射換熱系統(tǒng)的換熱情況，確定參與換熱的表 面?zhèn)€數(shù)，并進(jìn)行編號；面?zhèn)€數(shù)，并進(jìn)行編號；(2)畫出節(jié)點（每一換熱表面為一個節(jié)點），并依次畫出節(jié)點（每一換熱表面為一個節(jié)點），并依次 標(biāo)為標(biāo)為J1、J2、J3、

20、等等；等等；(3)逐個分析換熱表面的特性，確定表面熱阻：逐個分析換熱表面的特性，確定表面熱阻： 表面為黑體時，表面熱阻為零，表面為黑體時，表面熱阻為零，J=E b； 大表面的表面熱阻趨近于零，大表面的表面熱阻趨近于零，JE b；(4)逐個分析兩兩表面間的換熱情況，確定空間熱阻：逐個分析兩兩表面間的換熱情況，確定空間熱阻： 如兩表面可見，則在該兩表面間連一空間熱阻；如兩表面可見，則在該兩表面間連一空間熱阻； 如兩表面不可見，則不連空間熱阻如兩表面不可見，則不連空間熱阻(斷開斷開)。輻射網(wǎng)絡(luò)圖的畫法輻射網(wǎng)絡(luò)圖的畫法（1）二個灰體表面間的輻射換熱網(wǎng)絡(luò)圖：）二個灰體表面間的輻射換熱網(wǎng)絡(luò)圖： 輻射網(wǎng)絡(luò)圖

21、畫法舉例：輻射網(wǎng)絡(luò)圖畫法舉例：J1J2Eb1111AEb22221A2,111XA2222,11111212,1111:AXAAEEbb則1,2（2）三個灰體表面間的輻射換熱網(wǎng)絡(luò)圖：）三個灰體表面間的輻射換熱網(wǎng)絡(luò)圖：（3）四個灰體表面間的輻射換熱網(wǎng)絡(luò)圖）四個灰體表面間的輻射換熱網(wǎng)絡(luò)圖9.3.3 三表面封閉系統(tǒng)中的幾個特例三表面封閉系統(tǒng)中的幾個特例(三元方程簡化為二元方程三元方程簡化為二元方程)(1)其中一個表面為黑體其中一個表面為黑體 表面熱阻為：表面熱阻為：333333, 01bsEJAR故(3)其中一個表面絕熱（其中一個表面絕熱（重輻射面重輻射面），則），則 )(, 03333TEJqb可

22、由該式求得 將節(jié)點將節(jié)點3作浮動節(jié)點（普通節(jié)點）處理作浮動節(jié)點（普通節(jié)點）處理(2)其中一個表面為大表面，則其中一個表面為大表面，則 表面熱阻為：表面熱阻為： 333333, 01bsEJAR故注意注意(a)(b)兩種兩種情況的差別情況的差別對于對于(b)或或(c),有有3 , 23 , 12, 12, 112, 33 , 13 , 23 , 12, 13 , 23 , 112, 1212123 , 23 , 12, 11)/(RRRRRRRRRREERRRRRRbb總總122, 13 , 12, 3 例例9-5： 兩塊溫度、黑度、尺寸兩塊溫度、黑度、尺寸 及間距一定的平行平板置于及間距一定的

23、平行平板置于 溫度恒定的大房間內(nèi)溫度恒定的大房間內(nèi) (平板平板 背面不參與換熱背面不參與換熱) 求：求：(1)每板的凈輻射散熱量每板的凈輻射散熱量 (2)廠房墻壁得到的輻射熱量廠房墻壁得到的輻射熱量分析：板分析：板1、2為灰表面，為灰表面， 廠房廠房3 為灰表面（大表面，表面熱阻可視為零）為灰表面（大表面，表面熱阻可視為零） 例例9-6：大房間的墻壁為重輻射面，其他同例：大房間的墻壁為重輻射面，其他同例9-5 求：溫度較高表面的凈輻射散熱量求：溫度較高表面的凈輻射散熱量 即求即求1注意：注意：1、多表面系統(tǒng)表面的劃分依據(jù)：以熱邊界條件為、多表面系統(tǒng)表面的劃分依據(jù)：以熱邊界條件為 主（不應(yīng)純按幾

24、何面劃分）主（不應(yīng)純按幾何面劃分）2、前面討論問題均為第一類邊界條件；其他邊界、前面討論問題均為第一類邊界條件；其他邊界 條件下的求解及結(jié)果可參見文獻(xiàn)條件下的求解及結(jié)果可參見文獻(xiàn)1、23、計算中應(yīng)注意有效數(shù)字的位數(shù)，特別是在求各、計算中應(yīng)注意有效數(shù)字的位數(shù)，特別是在求各 節(jié)點的有效輻射節(jié)點的有效輻射 Ji 時。時。 例例9-7：輻射采暖房間，頂棚設(shè)置加熱器：輻射采暖房間，頂棚設(shè)置加熱器 求：求：(1)頂棚總輻射熱量頂棚總輻射熱量 (2)其他表面的凈輻射換熱量其他表面的凈輻射換熱量 注意表面的劃分方法注意表面的劃分方法問題類型：問題類型： 四個灰體表面組成的四個灰體表面組成的封閉腔的輻射換熱問封

25、閉腔的輻射換熱問網(wǎng)絡(luò)圖網(wǎng)絡(luò)圖其中其中:1(頂棚頂棚)-加熱面加熱面 2,3側(cè)墻側(cè)墻 4地板地板9-4 氣體輻射的特點（簡介）氣體輻射的特點（簡介）常見的輻射性氣體：三原子氣體、多原子氣體、常見的輻射性氣體：三原子氣體、多原子氣體、 結(jié)構(gòu)不對稱的雙原子氣體結(jié)構(gòu)不對稱的雙原子氣體(如如CO)非輻射性氣體非輻射性氣體(熱輻射的透明體熱輻射的透明體) ：結(jié)構(gòu)對稱的：結(jié)構(gòu)對稱的 雙原子氣體雙原子氣體輻射性氣體輻射性氣體具有發(fā)射和吸收輻射能的能力的氣體具有發(fā)射和吸收輻射能的能力的氣體 9.4.1 氣體輻射的特點：氣體輻射的特點：1. 氣體輻射對波長有氣體輻射對波長有(強烈的強烈的)選擇性選擇性 只在某些波

26、長區(qū)段內(nèi)具有輻射能力只在某些波長區(qū)段內(nèi)具有輻射能力, 相應(yīng)地相應(yīng)地 也只在同樣的波長區(qū)段內(nèi)才具有吸收能力也只在同樣的波長區(qū)段內(nèi)才具有吸收能力輻射性氣體的光帶見輻射性氣體的光帶見P420圖圖9-272. 氣體的輻射和吸收在整個容積中進(jìn)行氣體的輻射和吸收在整個容積中進(jìn)行 就吸收而言就吸收而言, 投射到氣體層界面上的投射到氣體層界面上的輻射能輻射能通過吸收性氣體層時，在輻射行程中被氣體吸收通過吸收性氣體層時，在輻射行程中被氣體吸收而減弱而減弱; 就輻射而言就輻射而言, 氣體層界面上所感受到的氣體層界面上所感受到的輻射為到達(dá)界面上的整個容積中的氣體的輻射輻射為到達(dá)界面上的整個容積中的氣體的輻射. 被輻

27、射性氣體（吸收性介質(zhì)）所隔開的兩表被輻射性氣體（吸收性介質(zhì)）所隔開的兩表面間的輻射換熱計算略面間的輻射換熱計算略. 9.5 輻射傳熱的控制輻射傳熱的控制(強化與削弱強化與削弱)要求：要求：了解強化與削弱輻射傳熱的基本方法及其工程應(yīng)用了解強化與削弱輻射傳熱的基本方法及其工程應(yīng)用9.5.1 控制物體表面間輻射傳熱的基本方法控制物體表面間輻射傳熱的基本方法 (前提前提: 冷、熱表面溫度一定冷、熱表面溫度一定, 即即Eb1、Eb2一定一定) 控制表面熱阻控制表面熱阻 控制空間熱阻控制空間熱阻1. 控制表面熱阻控制表面熱阻(1)改變表面積改變表面積AA1(2)改變換熱表面的發(fā)射率改變換熱表面的發(fā)射率*

28、首先改變對輻射傳熱影響最大的那一表面的首先改變對輻射傳熱影響最大的那一表面的 發(fā)射率發(fā)射率(即串聯(lián)環(huán)節(jié)中表面熱阻最大的表面即串聯(lián)環(huán)節(jié)中表面熱阻最大的表面)； 當(dāng)輻射傳熱同時涉及溫度較低的紅外輻射與當(dāng)輻射傳熱同時涉及溫度較低的紅外輻射與 溫度較高的太陽輻射時溫度較高的太陽輻射時, 控制紅外輻射的發(fā)射率與控制紅外輻射的發(fā)射率與 對太陽輻射的吸收比應(yīng)同時入手對太陽輻射的吸收比應(yīng)同時入手.應(yīng)用實例應(yīng)用實例: 太陽能集熱器中的太陽能集熱器中的選擇性涂層選擇性涂層要求要求: 紅外輻射的發(fā)射率紅外輻射的發(fā)射率盡可能地小盡可能地小, 對太陽輻射對太陽輻射 的吸收比的吸收比s盡可能地大盡可能地大.2. 控制空間

29、熱阻控制空間熱阻jiiXA,1(1) 改變表面積改變表面積A(2) 改變兩表面的布置以改變兩表面的布置以改變角系數(shù)改變角系數(shù)* 如對于兩無限大平板，平行放置時的角系數(shù)最大如對于兩無限大平板，平行放置時的角系數(shù)最大應(yīng)用實例應(yīng)用實例: 送風(fēng)式電子器件機(jī)箱中的元件布置送風(fēng)式電子器件機(jī)箱中的元件布置 特征：遮熱板在整個輻射傳熱系統(tǒng)中并不放出特征：遮熱板在整個輻射傳熱系統(tǒng)中并不放出 或帶走任何熱量，只是在熱流通路中另或帶走任何熱量，只是在熱流通路中另 外添加了阻力，使得整個傳熱過程受到外添加了阻力，使得整個傳熱過程受到 阻礙，即阻隔輻射傳熱阻礙，即阻隔輻射傳熱 。9.5.2 遮熱板的原理及應(yīng)用遮熱板的原

30、理及應(yīng)用 在輻射傳熱系統(tǒng)中插在兩個輻射傳熱表面在輻射傳熱系統(tǒng)中插在兩個輻射傳熱表面 之間的、用來阻擋之間的、用來阻擋(減弱減弱) 輻射傳熱的輻射傳熱的薄板薄板遮熱板遮熱板1 、遮熱原理分析、遮熱原理分析主要掌握分析方法主要掌握分析方法例：在兩塊無限大平行平板例：在兩塊無限大平行平板 間插入一塊面積也是無間插入一塊面積也是無 限大的遮熱板限大的遮熱板(如圖如圖)。假定假定1= 2= 3= ，且三塊板都是灰體且三塊板都是灰體(=)關(guān)鍵：關(guān)鍵：在熱穩(wěn)態(tài)情況下有在熱穩(wěn)態(tài)情況下有q1,3=q3,2=q1,2推導(dǎo)過程推導(dǎo)過程由式由式（9-16）得：得：12111121112323232, 33131313

31、, 1bbbbbbbbEEEEqEEEEq利用熱穩(wěn)態(tài)條件利用熱穩(wěn)態(tài)條件q1,3=q3,2=q1,2，從上面兩式消去從上面兩式消去Eb3后可解得：后可解得：)0(2,121212,12111121qEEqbb 上式中，上式中，q1,2(0)為無遮熱板時表面為無遮熱板時表面1，2間的輻射傳熱量間的輻射傳熱量附：加一塊遮熱板，但三板黑度不同附：加一塊遮熱板，但三板黑度不同(仍都為灰體仍都為灰體)時時111;11123232,331313, 1bbbbEEqEEq利用熱穩(wěn)態(tài)條件從上面兩式可解得：利用熱穩(wěn)態(tài)條件從上面兩式可解得：111)1122111(1122212121321213212, 33 ,

32、12, 1bbbbEEEEqqq消去消去Eb3后得：后得：21331223131122) 111() 111(bbbEEE,1122111)0(1221321q1=2=3=時即為前式結(jié)論結(jié)論n在兩黑度相同的平行平板間加入黑度相在兩黑度相同的平行平板間加入黑度相同的同的 n 塊遮熱板，其輻射傳熱量將減小塊遮熱板，其輻射傳熱量將減小為原來的為原來的1/(n+1)。n所加遮熱板的黑度越小、遮熱板塊數(shù)越所加遮熱板的黑度越小、遮熱板塊數(shù)越多，遮熱效果越明顯多，遮熱效果越明顯n汽輪機(jī)中汽輪機(jī)中, 用于減少內(nèi)、外套管間的輻射傳熱用于減少內(nèi)、外套管間的輻射傳熱n用于低溫容器（杜瓦瓶）隔熱保溫；用于低溫容器（杜

33、瓦瓶）隔熱保溫；n用于超級隔熱油管；用于超級隔熱油管；n用于提高測溫準(zhǔn)確度。用于提高測溫準(zhǔn)確度。 如：遮熱罩抽氣式熱電偶如：遮熱罩抽氣式熱電偶(可減少測溫誤差可減少測溫誤差) 等等。等等。2.遮熱板的應(yīng)用實例遮熱板的應(yīng)用實例 第第9-69-6節(jié)節(jié) 傳熱問題綜合分析傳熱問題綜合分析 提出問題、作出假設(shè)、提出問題、作出假設(shè)、 建立模型、理論求解建立模型、理論求解實例：實例：1、爐膛輻射熱流密度的測定、爐膛輻射熱流密度的測定2、遮熱罩抽氣式熱電偶測溫遮熱罩抽氣式熱電偶測溫3、轎車后窗玻璃的熱分析、轎車后窗玻璃的熱分析9.6.1 9.6.1 爐膛輻射熱流密度的簡易測定方法爐膛輻射熱流密度的簡易測定方法

34、假定：假定：(1)過橋的導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)；過橋的導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)；(2)忽略過橋背火面與爐墻間的輻射傳熱；忽略過橋背火面與爐墻間的輻射傳熱；(3)火焰對過橋表面的輻射熱流均勻；火焰對過橋表面的輻射熱流均勻；(4)輻射熱流一經(jīng)表面吸收即成為平行于過橋輻射熱流一經(jīng)表面吸收即成為平行于過橋 壁面而向兩側(cè)傳導(dǎo)的導(dǎo)熱熱流；壁面而向兩側(cè)傳導(dǎo)的導(dǎo)熱熱流；(5)過橋表面溫度遠(yuǎn)低于火焰溫度；過橋表面溫度遠(yuǎn)低于火焰溫度；(6)忽略過橋表面與煙氣間的對流傳熱。忽略過橋表面與煙氣間的對流傳熱。)(,44wgwwTTxdxdTxx即區(qū)段的輻射傳熱量過橋中心至處的導(dǎo)熱熱流量距過橋中心熱平衡關(guān)系：熱平衡關(guān)系：求解結(jié)果：求解結(jié)果

35、：20)(2lTTqwlw9.6.2 遮熱罩抽氣式熱電偶測溫遮熱罩抽氣式熱電偶測溫(1)裸露熱電偶測溫：裸露熱電偶測溫：當(dāng)當(dāng)q1=q2時，熱電偶達(dá)時，熱電偶達(dá)到某平衡溫度到某平衡溫度t1(tf)() ( 111bWbfEEtth(2)加遮熱罩后加遮熱罩后遮熱罩溫度遮熱罩溫度t3tw，熱平衡關(guān)系為：熱平衡關(guān)系為：)1(43231qqqAA) 2(21qq )()(3111bbfEEtth P436例：熱電偶測溫問題計算例：熱電偶測溫問題計算 無罩時：測溫絕對誤差無罩時：測溫絕對誤差206.2 測溫相對誤差測溫相對誤差20.7% 有罩時有罩時: 測溫絕對誤差測溫絕對誤差48.8 測溫相對誤差測溫相

36、對誤差4.88%轎車后窗玻璃的熱分析轎車后窗玻璃的熱分析假設(shè)：假設(shè)：(1) 內(nèi)熱源（電熱絲產(chǎn)熱）均勻；內(nèi)熱源（電熱絲產(chǎn)熱）均勻；(2)玻璃中的導(dǎo)熱過程為一維穩(wěn)定過程；玻璃中的導(dǎo)熱過程為一維穩(wěn)定過程；(3)內(nèi)側(cè)復(fù)合表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)內(nèi)側(cè)復(fù)合表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)ht,i與外側(cè)表面?zhèn)鳠嵯蹬c外側(cè)表面?zhèn)鳠嵯?數(shù)數(shù)h0均已知均已知 熱平衡關(guān)系：熱平衡關(guān)系：)()()(0 ,0 ,040 ,40 ,fwfwifiwitssTThTTTThG9.6.3 輻射傳熱系數(shù)輻射傳熱系數(shù)定義：定義：tAhrr即：即：tAhrr稱為輻射傳熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)稱為輻射傳熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)簡稱輻射傳熱系數(shù)，其值與簡稱輻射傳熱系數(shù)，其值與系統(tǒng)情況有關(guān)

37、系統(tǒng)情況有關(guān)對于同時存在對流與輻射的綜合過程，即有：對于同時存在對流與輻射的綜合過程，即有：)238()(tAhtAhhtAhtAhtrcrcrcht 稱為復(fù)合傳熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)稱為復(fù)合傳熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)1、角系數(shù)的定義、角系數(shù)的定義 2、角系數(shù)的特性：、角系數(shù)的特性：3、角系數(shù)的計算：、角系數(shù)的計算：相對性、完整性、可加性相對性、完整性、可加性直接積分法直接積分法(線算圖線算圖)；代數(shù)分析法代數(shù)分析法(三解形法、交叉線法三解形法、交叉線法)；形狀分解法；形狀分解法；幾種典型幾何關(guān)系的角系數(shù)：幾種典型幾何關(guān)系的角系數(shù)： 包容關(guān)系包容關(guān)系(X1,2=1)、 兩平行大平板兩平行大平板(X1,2=X2,

38、1=1)第第9章章 小小 結(jié)結(jié) 一、角系數(shù)的定義、性質(zhì)及其計算一、角系數(shù)的定義、性質(zhì)及其計算9.2 兩表面封閉系統(tǒng)的輻射傳熱兩表面封閉系統(tǒng)的輻射傳熱一、黑體間的輻射換熱一、黑體間的輻射換熱)(211 , 2212212, 1bbEEXA關(guān)鍵：角系數(shù)的計算關(guān)鍵：角系數(shù)的計算二、由兩個等溫的漫灰表面組成的封閉系統(tǒng)二、由兩個等溫的漫灰表面組成的封閉系統(tǒng) 的輻射換熱的輻射換熱) 11(1) 11(1112212 , 112112222 , 11111212 , 1AAXEEAAXAAEEbbbb 1、有效輻射與投入輻射的概念、有效輻射與投入輻射的概念 2、輻射換熱計算公式、輻射換熱計算公式)(211 , 2212212, 1JJXA幾個特例（簡化）：