高教传热学第四版课件第9章PPT课件

.,1,第9章辐射换热的计算,.,2,本章重点内容,重点内容：角系数的定义及性质；辐射换热网络法计算表面间的辐射换热。,掌握内容：掌握形状较简单情形下表面间角系数的计算方法；表面间辐射换热的计算。,了解内容：了解气体辐射的特点。,.,3,作业,9-6，9-8，9-18，9-23，9-28，9-35，9-37，9-45，9-62，9-64,.,4,9-1角系数的定义、性质及计算,一.角系数的定义,1.两表面间的辐射换热量与两个表面间的相对位置有很大关系。,表面相对位置的影响,2.角系数的定义,表面1发出的辐射能中落到表面2上的百分数,3.讨论角系数时的假设,（1）所研究的表面是漫射的；（2）所研究表面的不同地点上向外发射的辐射热流密度是均匀的,4.角系数纯是几何因子，与表面温度及发射率无关,.,5,(1)相对性,9-1角系数的定义、性质及计算,二.角系数的性质,微元表面间的辐射,.,6,9-1角系数的定义、性质及计算,两黑体表面间的辐射换热,两黑体间的辐射换热量,当时，净辐射换热量为零，则有：,.,7,若表面n为非凹表面时，Xi,i=0。,9-1角系数的定义、性质及计算,(2)完整性,角系数的完整性,.,8,9-1角系数的定义、性质及计算,(3)可加性,角系数可加性图示,故有：,如把表面2进一步分成若干小块，则有：,？,.,9,直接积分法、代数分析法、几何分析法,二.角系数的计算,9-1角系数的定义、性质及计算,1.计算方法：,2.直接积分法,直接积分法图示,.,10,利用角系数的性质，通过求解代数方程获得角系数的方法,9-1角系数的定义、性质及计算,3.代数分析法：,三个很长的非凹形表面组成的辐射系统,.,11,两个非凹表面及假想面组成的封闭系统,9-1角系数的定义、性质及计算,.,12,9-2被透明介质隔开的两固体表面间的辐射换热,一.黑体表面间的辐射换热,黑体系统的辐射换热,.,13,（1）灰体表面的吸收比小于1，投入到灰体表面上的辐射能的吸收不是一次完成的，要经过多次反射,（2）由一个灰体表面向外发射出去的辐射能除了其自身的辐射力外，还包括了被反射的辐射在内,二.漫灰表面表面间的辐射换热,9-2被透明介质隔开的两固体表面间的辐射换热,1.漫灰表面辐射换热计算的复杂性,.,14,3.两漫灰表面间的辐射换热,9-2被透明介质隔开的两固体表面间的辐射换热,有效辐射示意图,2.几个概念,（1）投入辐射G：,单位时间投射到单位面积的总辐射能,（2）有效辐射J：,单位时间离开表面单位面积的总辐射能,（3）G与J间的关系：,.,15,根据下式及能量守恒有,两个物体组成的辐射换热系统,.,16,于是有：,9-2被透明介质隔开的两固体表面间的辐射换热,系统发射率：,.,17,4.三种特殊情形,(1)表面1为非凹表面，X1,21,9-2被透明介质隔开的两固体表面间的辐射换热,.,18,(2)空腔与内包小物体间的辐射换热：A1/A20,(3)两无限大平行平板间的辐射换热：A1/A21,9-2被透明介质隔开的两固体表面间的辐射换热,.,19,9-3多表面系统辐射换热的计算,一辐射热阻,.,20,数值法：从分析任一表面的有效辐射入手进行辐射换热的计算。可用于多表面情况，适宜于用计算机进行求解。,9-3多表面系统辐射换热的计算,二辐射换热的计算方法,网络法：用电学中的电流、电位差和电阻比拟热辐射中的热流、热势差与热阻，用电路比拟辐射热流的传递路径。简明、直观,注意：两种方法都离不开角系数的计算，所以，必须满足漫灰面、等温、物性均匀以及投射辐射均匀的四个条件。,.,21,(1)网络法的应用举例,9-3多表面系统辐射换热的计算,三辐射换热的网络法,.,22,(2)网络法的求解步骤,9-3多表面系统辐射换热的计算,三辐射换热的网络法,a.画出等效网络图,由三个表面组成的封闭腔,三表面封闭腔的等效网络图,.,23,b.列出节点的电流方程,9-3多表面系统辐射换热的计算,.,24,c.求解代数方程，得出节点电势J1、J2、J3,d.确定每个表面的净辐射换热量,9-3多表面系统辐射换热的计算,.,25,9-3多表面系统辐射换热的计算,(3)三个特例,a.有一个表面为黑体,表面3的净辐射换热量：,代数方程简化为二元方程组,.,26,9-3多表面系统辐射换热的计算,(3)三个特例,b.有一个表面绝热，即净辐射换热量为零,重辐射面,.,27,9-3多表面系统辐射换热的计算,(3)三个特例,c.有一个表面面积很大,从而有为已知量,设表面3的面积很大，则其表面热阻:,这种情况与表面3为黑体的情况类似，计算方法相同,.,28,9-3多表面系统辐射换热的计算,四辐射换热的数值法,且对于漫灰表面有,则,.,29,9-4辐射换热的强化与削弱,一强化与削弱辐射换热的方法,1.强化辐射换热的方法：,（1）增加换热表面的发射率,2.削弱辐射换热的方法：,（2）改变两表面的布置以增加角系数,（2）在两辐射表面之间安插遮热板,（1）减少表面发射率,.,30,9-4辐射换热的强化与削弱,1.定义：指插入两个辐射换热表面之间以削弱辐射换热的薄板,二遮热板,2.遮热板的工作原理：,遮热板,.,31,9-4辐射换热的强化与削弱,加遮热板前的辐射换热网络图,加遮热板前,.,32,9-4辐射换热的强化与削弱,遮热板,若,则,.,33,9-4辐射换热的强化与削弱,3.遮热板在工程技术中的应用,（1）汽轮机中用于减少内外套管间辐射换热。（2）遮热板用于储存液态气体的低温容器。,.,34,（3）遮热板用于超级隔热油管。（4）遮热板用于提高温度测量的准确度。,9-4辐射换热的强化与削弱,3.遮热板在工程技术中的应用,.,35,例题1,如图所示，已知一微元圆盘与有限大圆盘（直径为D）相平行，两中心线之连线垂直于两圆盘，且长度为。试计算,解：,.,36,例题1,.,37,例题2,试证：对于附图所示的几何结构有,圆柱表面及平面AB在垂直于纸面的方向上为无限长。,解：,.,38,例题2,则,.,39,在两块平行的黑体表面1、3之间置入一块透明平板2。板1、3的表面温度为已知，板2的温度维持在某个值，其发射率、反射比及透射比各为。试确定表面1单位面积上净辐射换热量的表达式。,例题3,解：,板2的热平衡方程为：,则,表面1的净辐射换热量为：,.,40,例题4,两个面积相等的黑体被置于一绝热的包壳中，假定两黑体的温度分别为与，且相对位置是任意的，试画出该辐射换热系统的网络图，并导出绝热包壳表面温度的表达式。,解：,因为,且,所以,又,所以,.,41,对节点3，有,则,而,所以,所以,例题4,.,42,例题5,在一块厚金属板上钻了一个直径为cm的不穿透的小孔，孔深cm，如附图所示。设孔的表面是发射率为0.6的漫射体，整个金属块处于500的温度下，试确定从孔口向外界辐射的能量,解法一：,在小孔的出口处补充一圆形表面，且假设圆形表面为黑表面，温度为0K，设补充表面为1表面，小孔内表面为2表面,.,43,例题5,W,.,44,例题5,解法二：以表面2为研究对象，则,所以,则从小孔辐射出去的能量为：,.,45,例题6,有一水平放置的正方形太阳能集热器，边长为1.1m，吸热表面的发射率，对大阳能的吸收比。当太阳的投入辐射W/m2时，测得集热器吸热表面的温度为90。此时环境温度为30。天空可视为23K的黑体。试确定此集热器的效率。设吸热表面直接暴露于空气中，其上无夹层（集热器效率定义为集热器所吸收的太阳辐射能与太阳投入辐射之比)。,解：,集热器所吸收的太阳能为：,集热器有效利用的太阳能为集热器所吸收的太阳能扣除自然对流和辐射换热损失,W,.,46,定性温度,例题6,W,查表得空气的物性为：,W/(m.K),m2/s,定性长度,则,W/(m2.K),W,W,.,47,例题7,用单层遮热罩抽气式热电偶测量一设备中的气流温度。已知设备内壁温度为90，热接点与遮热罩表面的发射率均为0.6，气体对热接点及遮热罩的表面传热系数分别为40W/(m2.K)及25W/(m2.K)。当气流真实温度时，热电偶的指示值为多少?,解：,设热电偶为表面1，遮热罩为表面2。以遮热罩为研究对象，则其得热量为：,失热量为：,得热量中的第二项相对于第一项是很小的，可忽略不计,.,48,则遮热罩的热平衡方程为：,例题7,采用试算法可得,以热电偶为研究对象，则其得热量为：,失热量为：,则热电偶的热平衡方程为：,采用试算法可得,.,49,例题8,如附图所示，两薄平板A、B被置于一绝热的空间内，并位于同一平面上，面积分别为，其4个表面的发射率分别为。今设法使板A、B分别维持在恒定温度，试画出这一辐射换热系统的网络图，并列出计算板A、B间净辐射换热量的表达式。,.,50,解：,例题8,.,51,例题9,煤粉炉炉膛中的水冷壁管常因其表面结渣而使传热过程受到削弱。为估计结渣、结灰的影响采用以下简化的模型：外径为mm的水冷壁管内部发生流动沸腾过程，饱和水温为600