传热学第七章课件 chapter8.ppt

传热学HeatTransfer 第八章辐射换热的计算 在了解了物体辐射和吸收特性的基础上 这一章将介绍物体间辐射换热的计算方法 首先介绍辐射换热中一个重要的几何因子 角系数 然后是两个和多个表面所组成系统的辐射换热计算方法 最后是烟气的辐射特性和烟气与壳体间的辐射换热计算 传热学HeatTransfer 8 1角系数的定义 性质和计算 一 角系数的定义 两个表面的辐射换热量与两个表面之间的相对位置有很大关系 定义 表面1发出的辐射能中落到表面2上的百分数 称为表面1对表面2的角系数 记为X1 2 传热学HeatTransfer 二 角系数的性质 研究如图示中微元面dA1到另一个微元面dA2的角系数 根据定义得 1 角系数的相对性 传热学HeatTransfer 在几个表面组成的封闭系统中 任一个表面对封闭腔各个表面的角系数之和等于1 2 角系数的完整性 传热学HeatTransfer 3 角系数的可加性 传热学HeatTransfer 三 角系数的计算 1 直接积分法 传热学HeatTransfer 工程上已将大量几何结构角系数的求解结果绘制成图线 本书中给出了部分代表性的图 使用中注意对数坐标的特点 2 查图法 传热学HeatTransfer 3 代数法 利用角系数的相对性 完整性及可加性来获得角系数的方法 传热学HeatTransfer 传热学HeatTransfer 传热学HeatTransfer 8 2两固体表面间的辐射换热 一 黑体表面间的辐射换热计算 空间辐射热阻 传热学HeatTransfer 二 有效辐射 单位时间离开单位面积的总辐射能为有效辐射 记为J 物体表面与外间的辐射换热量与有效辐射J之间的关系 表面辐射热阻 传热学HeatTransfer 采用有效辐射的概念 任意两个表面的辐射换热量可表示成 三 两个漫灰表面组成封闭系统的辐射换热 若是两个表面组成封闭系统 则 称为系统黑度 传热学HeatTransfer 传热学HeatTransfer 8 3多表面系统辐射换热的计算 在多表面系统中 一个表面的净辐射换热量是与其余各表面分别换热的换热量之和 对于多表面系统可采用网络法或数值方法来计算每一表面的净辐射换热量 在此主要介绍网络法 传热学HeatTransfer 一 网络法的基本步骤 1 画出等效的网络图 以三个表面组成的封闭系统为例 传热学HeatTransfer 2 列出节点的电流方程 上面三个表面组成的封闭系统中节点J1的方程为 传热学HeatTransfer 3 求解由各节点方程组成的方程组 得到J1 J2等 4 确定每个表面的净辐射换热量或任意两个表面间的辐射换热量 传热学HeatTransfer 关于黑体表面的说明 请同学自己画出由四个表面组成封闭系统的辐射换热网络图 因此有 传热学HeatTransfer 二 重辐射面 辐射换热系统中 净辐射换热量为零 绝热 的表面称为重辐射面 与黑体表面情况的区别 重辐射面的温度是待定的 传热学HeatTransfer 传热学HeatTransfer 8 4辐射换热的强化与削弱 一 辐射换热的强化 1 增加换热面的发射率 2 改变两表面的相对位置 提高角系数 传热学HeatTransfer 二 辐射换热的削弱 遮热板 下面以两块靠得很近的大平壁间的辐射换热为例来说明遮热板的工作原理 传热学HeatTransfer 遮热板通常采用表面反射率高 发射率小的材料 如表面高度抛光的薄铝板等 为了增加隔热保温的效果 通常还在多层遮热板中间抽真空 将导热和对流换热减少到最低限度 典型的遮热板应用情况 如 航天器的多层真空舱壁 低温技术中的多层隔热容器以及测温技术中测温元件的遮热罩等 传热学HeatTransfer 热电偶测温过程的分析和抽气式遮热罩的应用 测温误差 传热学HeatTransfer 抽气式热电偶遮热罩的示意图 传热学HeatTransfer 8 5气体辐射 一 辐射性气体 在工业上常见的温度范围内 氧 氮 氢等分子结构对称的双原子气体 可以认为是热辐射的透明体 辐射性气体主要有 二氧化碳 水蒸气 二氧化硫 甲烷 氟里昂等三原子 多原子及结构不对称的双原子气体 一氧化碳 传热学HeatTransfer 二 气体辐射的特点 辐射性气体只在某些特定波段具有辐射和吸收本领 CO2的主要辐射光带 1 对波长的选择性 H2O的主要辐射光带 传热学HeatTransfer H2O的主要辐射光带 CO2的主要辐射光带 传热学HeatTransfer 2 容积性 投射到气体层界面上的辐射能要在辐射行程中逐渐被吸收 同时 界面上所感受到的辐射为整个容积的总辐射 传热学HeatTransfer 因此 气体的吸收和发射与辐射在气体中穿行的距离长短 通常叫行程 以及气体分子的密度有直接关系 而气体的密度则取决于它的温度和分压力 三 贝尔 beer 定律 贝尔定律给出了光谱辐射强度在吸收性气体中传播时的衰减规律 为光谱减弱系数 s为辐射层厚度 传热学HeatTransfer 四 平均射线行程 从不同方向到表面的射线行程各不相同 为此用当量半球的半径作为平均射线行程 用s表示 几种典型几何容积的s见表9 3 对任意几何形状的情况 可按下式计算 V气体容积 m3 A包壁面积 m2 传热学HeatTransfer 五 气体的发射率和吸收比