辐射传热的计算PPT学习教案

1、会计学1辐射传热的计算辐射传热的计算9.1 辐射传热的角系数辐射传热的角系数 物体间的辐射换热与物体间的辐射换热与物体表面的几何形状、大小及相对位置物体表面的几何形状、大小及相对位置有关，角系数是反映这些几何因素对辐射换热影响的重要参数。有关，角系数是反映这些几何因素对辐射换热影响的重要参数。1. 1. 角系数的定义角系数的定义 两个任意位置的表面两个任意位置的表面1 1、2 , 2 , 从表面从表面1 1发出（自身发射与反发出（自身发射与反射）的总辐射能中直接投射到射）的总辐射能中直接投射到表面表面2 2上的辐射能占总辐射能上的辐射能占总辐射能的百分数称为的百分数称为表面表面1 1对表面对表

2、面2 2的的角系数，用符号角系数，用符号 表示。表示。X1 2 ,12121,21221coscos1AAXdAdAAr 第1页/共25页1111131211 niinXXXXX角系数的三个特性：角系数的三个特性：A XA X11 222 1,XXXab1 211,第2页/共25页2122121112XAEXAEbb 11212 X22121 X第3页/共25页1122221112coscos1dAdArAXAA (2) (2) 代数法代数法根据角系数积分表达式通过积分运算求得角系数根据角系数积分表达式通过积分运算求得角系数 工程上为计算方便工程上为计算方便, 已将常见几何已将常见几何系统的角

3、系数计算结果用公式或线系统的角系数计算结果用公式或线算图的形式给出。算图的形式给出。 第4页/共25页平行的长方形表面平行的长方形表面间的角系数线算图间的角系数线算图 第5页/共25页相互垂直的两长方形表相互垂直的两长方形表面间的角系数线算图面间的角系数线算图 第6页/共25页平行的同心圆形表面平行的同心圆形表面间的角系数线算图间的角系数线算图 第7页/共25页三个非凹表面组成的封闭辐射系统三个非凹表面组成的封闭辐射系统 1321122AAAAX 利用角系数的定义及性质利用角系数的定义及性质, 通过代数运算确定角系数的方法。通过代数运算确定角系数的方法。 以三个表面的封闭系统为例说明如何利用代

4、数法确定角系数。以三个表面的封闭系统为例说明如何利用代数法确定角系数。 根据角系数的完整性有根据角系数的完整性有： A XA XA11 211 31,A XA XA22 122 32,A XA XA3313323,根据角系数的相对性有：根据角系数的相对性有： A XA X11 222 1,A XA X11 3331,A XA X22 333 2,1321,312AAAXA2312,322AAAXA第8页/共25页abbdacadbcXXcdab2)()(,12 答案答案例：P404 例9-1 自学第9页/共25页9.2 两表面封闭系统的辐射换热两表面封闭系统的辐射换热 1. 两黑体表面组成的封

5、闭系统的辐射换两黑体表面组成的封闭系统的辐射换热热两个黑体表面构成的封闭空腔两个黑体表面构成的封闭空腔 “封闭腔模型封闭腔模型”两个黑体表面辐射换热量：两个黑体表面辐射换热量： 1 21221,2b1221b211EFAEXA,2b1b21121EEXA,11,222,1A XA X2112b1b211,XAEE空间辐射换热热阻空间辐射换热热阻第10页/共25页 1、2两个封闭黑体表面之间的辐射换热可以用辐射网两个封闭黑体表面之间的辐射换热可以用辐射网络图来表示：络图来表示： 2112b1b211,XAEE空间辐射换热热阻空间辐射换热热阻二个黑体表面构成封闭空腔的辐射换热网络二个黑体表面构成封

6、闭空腔的辐射换热网络 第11页/共25页，。漫射、灰体表面漫射、灰体表面(简称漫灰表面简称漫灰表面) 1）灰体表面的）灰体表面的吸收比小于吸收比小于1；2) 灰体表面向外发射的辐射能除了灰体表面向外发射的辐射能除了自身辐射自身辐射还包含还包含反射辐射反射辐射；两灰体表面间的辐射换热不同于黑体，比较复杂两灰体表面间的辐射换热不同于黑体，比较复杂：“有效辐射有效辐射”定义：定义：第12页/共25页G)(EGEJ1b根据有效辐射的定义有：根据有效辐射的定义有： 根据表面的辐射平衡根据表面的辐射平衡, 单位面积的单位面积的辐射换热量应该等于有效辐射与投辐射换热量应该等于有效辐射与投入辐射之差，即有：入

7、辐射之差，即有：AJGGEAb漫灰表面漫灰表面AJEJEA11bb表面辐射热阻表面辐射热阻第13页/共25页 两个漫灰表面构成的封闭空腔中的辐射换热计算：两个漫灰表面构成的封闭空腔中的辐射换热计算： 两个漫灰表面构成的封闭空腔两个漫灰表面构成的封闭空腔 两个漫灰表面两个漫灰表面1、2构成一个封闭构成一个封闭腔腔, 如图所示，并假设如图所示，并假设21TT 表面表面1净损失的热量为净损失的热量为:11111b11AJE表面表面2净获得的热量为净获得的热量为 :2222b221AEJ表面表面1、2之间净辐射换热量为之间净辐射换热量为:12112 1221 2,AX JAX JA XJJ11 212

8、,21121211,XAJJ 第14页/共25页1212 2222111112b1b12111AXAAEE,两个漫灰表面构成封闭空腔的辐射网络两个漫灰表面构成封闭空腔的辐射网络 12s11,2b1b2()A XEE1111121 . 212, 1sXX称为系统黑度系统黑度 第15页/共25页0111113131121211111 AXJJAXJJAJEb 0111223231122122222 AXJJAXJJAJEb 0111223231131333333 AXJJAXJJAJEb 节点节点1 1节点节点1 1节点节点3 3第16页/共25页第17页/共25页第18页/共25页例：大气中的臭

9、氧层能保护人类免受紫外线的伤害大气中的臭氧层能保护人类免受紫外线的伤害 第19页/共25页第20页/共25页bggEE 气体发射率气体发射率: 气体发射率主要取决于气体发射率主要取决于气体的种类、气体温度和辐射行程气体的种类、气体温度和辐射行程中的气体分子数目中的气体分子数目。辐射行程中的气体分子数则与气体分压力。辐射行程中的气体分子数则与气体分压力p和射程和射程L有关，即与有关，即与pL乘积成正比乘积成正比。实际计算中，气体的发实际计算中，气体的发射率根据实验图表确定。射率根据实验图表确定。 气体的吸收率气体的吸收率:气体的吸收率与气体的吸收率与气体温度以及器壁温度气体温度以及器壁温度都有关

10、，所以不能看都有关，所以不能看做灰体。气体温度和器壁温度相同时，气体的吸收率与它的做灰体。气体温度和器壁温度相同时，气体的吸收率与它的发射率相等。如果气体温度不等于器壁温度，则气体的吸收发射率相等。如果气体温度不等于器壁温度，则气体的吸收率就不等于它的发射率。率就不等于它的发射率。第21页/共25页9.5 辐射传热的控制（强化与削弱）辐射传热的控制（强化与削弱）在现代隔热保温技术中，遮热板的应用在现代隔热保温技术中，遮热板的应用比较广泛。例如：比较广泛。例如： 炼钢工人的遮热面罩、炼钢工人的遮热面罩、 航天器的多层真空舱壁、航天器的多层真空舱壁、 低温技术中的多层隔热容器低温技术中的多层隔热容

11、器 测温技术中测温元件的辐射屏蔽等测温技术中测温元件的辐射屏蔽等，遮热板的主要作用遮热板的主要作用就是就是削弱辐射换热削弱辐射换热。 遮热板的应用遮热板的应用:第22页/共25页遮热板削弱辐射传热的原理遮热板削弱辐射传热的原理以以“两块靠得很近的大平壁间的辐射换热两块靠得很近的大平壁间的辐射换热”为例来说明为例来说明当没有遮热板时，两块平壁间的辐射换热量当没有遮热板时，两块平壁间的辐射换热量： 4412b1b21212()11211ATTA EEQ在两块平壁之间加一块大小一样、表面发射率相同的遮热板在两块平壁之间加一块大小一样、表面发射率相同的遮热板（忽略导热热阻）（忽略导热热阻）辐射换热量减少为原来的辐射换热量减少为原来的1/2，即：，即： 1211212第23页/共25