传热学重点、题型讲解第九章-辐射换热计算.docx

第九章 辐射换热计算第一节 黑表面间的辐射换热一、任意位置两非凹黑表面间的辐射换热1.黑表面间的辐射换热图9-1 任意位置两非凹黑表面的辐射换热Eb1=pIb1； （9-1）2.角系数 （9-2a）（9-2b） （9-3）3.辐射空间热阻图9-2 辐射空间热阻（9-4） F1,2 =（Eb1Eb2）A = sb（T14- T24）A二、封闭空腔诸黑表面间的辐射换热图9-3 多个黑表面组成的空腔图9-4 三个黑表面组成空腔的辐射网络图9-5 例9-1附图：将上式除以，按角系数定义，可得 （9-5） （9-6）【例9-1】 （a） （b） （c） T3=415.6K或者142.6【讨论】 第二节 灰表面间的辐射换热一、有效辐射图9-6 有效辐射示意图图9-7 辐射表面热阻1.有效辐射J1=e1Eb1r1G1=e1Eb1（1a1）G1 W/m2（a）2. 辐射表面热阻 W/m2（b） W（9-7）二、组成封闭腔的两灰表面间的辐射换热图9-8 两个灰表面组成封闭腔的辐射换热网络图9-9 空腔与内包壁面间的辐射换热 W (9-8a) （9-8b） 1.无限大平行灰平壁的辐射换热A1=A2=A，且X1,2=X2,1=1， W （9-9） 2.其中一个表面为平面或凸表面的辐射换热 W (9-10)A2 A1，且e2的数值较大F1,2=e1 A1（Eb1-Eb2）W（9-11）三、封闭空腔中诸灰表面间的辐射换热1.网络法求解图9-10三个灰表面组成封闭腔辐射换热网络图9-11 例9-4附图图9-12 例题9-5附图节点1（a）节点2（b）节点3（c）【例9-4】X1,2= X2,1=0.38X1,3=X2,3=1-X1,2=1-0.38=0.62计算网络中的各热阻值：A1=A2=p0.32=0.283m2 m-2 m-2 m-2 m-2 流入每个节点的电流总和等于零 W/m2 W/m2 W/m2J1=5129 W/m2 J2=2760W/m2【例9-5】m-2m-2m-2m-2Eb1=20244W/m2 Eb2=3544W/m2=14.1+m-2 J1=Eb1F1,2R1=2024468214.1=10627.8 W/m2J2=Eb2F1,2R2=35446825.3=7185.6 W/m2 J3=（J1+J2）/2=8893.2 W/m2J3=G3=Eb3=s bT342. 值解法图9-13 例9-6（a）（b）附图及其辐射换热网络 （9-12） （9-13） （9-14） （9-15） i=1，2，n （9-16）【例9-6】；J1=440.45 W/m2； J2=370.28 W/m2；J3=382.69 W/m2 ; J4=380.80 W/m2。四、遮热板图9-14 遮热板原理图9-15 两平行大平壁或管壁中间有一块遮热板时的辐射网络图9-16 例9-8附图（1） （2）（3）稳态 （4）【例9-8】第三节 角系数的确定方法一、积分法确定角系数图9-17 确定角系数的积分方法示例图9-18 平行长方形表面间的角系数图9-19 两同轴平行圆盘间的角系数图9-20 相互垂直两长方形表面间的角系数， ，。 二、代数法确定角系数图9-21 分解性原理图9-22 三个非凹表面组成的空腔图9-23 两个无限长相对表面间的角系数图9-24 例9-9附图 i=1，2，n（9-17a）（9-17b） （9-17c）3个非凹形表面 X1,2A1X1,3A1=A1X2,1A2X2,3A2=A2（1） X3,1A3X3,2A3= A3X1,2A1=X2,1A2 X1,3A1=X3,1A3 （2）X2,3A2=X3,2A3X1,2A1X1,3A1X2,3A2=（A1A2A3）/2X2,3A2=（A2A3A1）/2X1,3A1=（A1A3A2）/2X1,2A1=（A1A2A3）/2 （9-18） （4） （5） （9-19）【例9-9】 =0.2；=0.15；=0.29；=0.24。=0.5 m2；=1 m2；=0.5 m2。所以 = (10.210.15)(0.50.290.50.24)/0.5 = 0.05 第四节 气体辐射一、气体辐射的特点气体 透明固体 水蒸气和二氧化碳的辐射和吸收光带 表9-1光 带H2OCO2波长自l1l2（mm）Dl（mm）波长自l1l2（mm）Dl（mm）第一光带2.243.271.032.363.020.66第二光带4.88.53.74.014.80.79第三光带12251312.516.54.02气体的辐射和吸收是在整个气体容积中进行。图9-25 黑体、灰体、气体的辐射光谱和吸收光谱的比较1-黑体；2-灰体；3-气体（a）辐射光谱；（b）吸收光谱二、气体吸收定律图9-26 某波长射线穿过气体层时的减弱 （9-20a） （9-20b）三、气体的发射率和吸收比1. 气体的光谱吸收比和光谱发射率 （9-21）2气体的发射率图9-27 二氧化碳（CO2）的发射率图9-28 水蒸气（H2O）发射率 （9-22） （9-23）图9-27是由透明气体与CO2组成的混合气体的发射率，总压力为1.013105Pa。当混合气体的总压力不是1.013105Pa时，压强对的修正值可查图9-29。对于CO2，分压力的单独影响可以忽略，故： （9-24）图9-28是不同及温度T下的H2O气体的发射率，由于水蒸汽分压力还单独对发射率有影响，所以图中查得的相当于在总压力1.013105Pa，而=0的理想条件下的值（它时将单独随的变化外推到=0得出的。作为基准值，以便修正构成的影响，故又可称为基准发射率）。总压与分压对影响的修正值可查图9-30。故： （9-25）考虑到燃烧产生的烟气中，主要吸收的气体是CO2和H2O，其它多原子气体含量极少，可略去不计，此时混合气体的发射率为 （9-26）式中是考虑到CO2 和H2O吸收光带有部分重叠的修正值，当两种气体并存时，CO2辐射的能量中有部分被H2O所吸收，而H2O辐射的能量也有部分被CO2所吸收，这样就使混合气体的辐射能量比单种气体分别辐射的能量总和要少些，因此要减去。的数值可由图9-31确定。3气体的吸收比图9-29 CO2的压强修正图9-30 H2O的压强修正图9-31 CO2和H2O气体吸收光谱重叠的修正 （9-27） 4射线平均行程 m （9-28）射线平均行程表9-2空 间 的 形 状s空 间 的 形 状s1. 直径为D的球体对表面的辐射0.65D5. 高度与直径均为D的圆柱，对底面中心的辐射0.71D2. 直径为D的长圆柱，对侧表面的辐射0.95D3. 直径为D的长圆柱，对底面中心的辐射0.90D6. 厚度为D的气体层对表面或表面上微元面的辐射1.8D4. 高度与直径均为D的圆柱，对全表面的辐射0.60D7. 边长为a的立方体对表面的辐射0.60a四、气体与外壳间的辐射换热q =气体发射的热量气体吸收的热量 （9-29）灰表面ew=aw。 （1） （2） W（9-30a） W（9-30b）五、火焰辐射随着燃料种类与燃烧方式的不同，在炉膛中燃烧生成的火焰可分为三种类型：1不发光火焰2半发光火焰3发光火焰： （9-31）对l 0.8mm的红外线 （9-32）对l=0.30.8mm的可见光 （9-33） （9-34）第五节 太 阳 辐 射图9-32 大气层外缘及地面上的太阳辐射光谱图9-33 大气层外缘太阳辐射的示意图图9-34 选择性吸收表面的光谱吸收比al随波长的变化（a）理想情况；（b）镍黑镀层太阳直径ds=1.397106km，表面积As=6.1311018m2