第5章-热辐射及辐射换热-2

1、1,黑体表面间的辐射传热量：,黑体表面 空间辐射热阻单元网络,辐射势差,空间辐射热阻,关键：求角系数X1,2 ！,( = 1),2,3,5.5 灰体间辐射传热的计算, 1 =1- EEb 无法计算，怎么办？ 引入概念： 有效辐射 投入辐射,(固体),多次吸收、多次反射 （非常复杂）,4,5.5.1 有效辐射,投入辐射G 单位时间内投射到单位表面积上的总辐射能, 单位是W/m2。 有效辐射J 单位时间内离开单位表面积的总辐射能, 单位是W/m2。 表面的有效辐射：,JA外界可以感受到的辐射能量； 利用辐射探测仪能够测量到的。,灰体间辐射传热的计算,5,5.5.2 辐射传热的表面热阻和空间热阻,一

2、般G未知，且很难测得。 联立求解，消去G，得到：,单位时间内通过辐射传热净失去的能量：,1=1,表面辐射热阻 单元网络,辐射势差 （动力）,表面辐射热阻 （阻力）, 0 放热 0 吸热,黑体表面， =1，表面辐射热阻为零，J=Eb。,灰体间辐射传热的计算,E, = 1,6,两个任意放置的灰体表面间的辐射传热量,T1，A1，1，J1,T2，A2，2，J2,21,12,1,2,有效辐射势差,空间辐射热阻,灰体间辐射传热的计算,灰体表面 空间辐射热阻单元网络,对于黑体表面， b1,2易求 J1=Eb1 J2=Eb2,对于任意放置的灰体表面， J1、J2不确定，1,2不确定。,7,若两个漫灰表面1、2

3、构成封闭系统，T1T2 表面1失去的净热量：,5.5.3 两个灰体表面组成封闭系统的辐射传热,表面2获得的净热量：,表面1、2间的辐射传热量：,（三个环节串联）,1,2,灰体间辐射传热的计算,8,两个漫灰表面1、2构成的封闭系统,1,2,辐射传热网络图 （1）每一个参与辐射换热的表面（i 0），均有一段相应的“热路”， 包括：源电势Ebi、表面辐射热阻、节点电势Ji； （2）各辐射表面之间的连接由节点电势出发通过空间辐射热阻进行。,1,2,据实际 情况简化,灰体间辐射传热的计算,9,特殊情况下的简化形式,（1）两表面为黑体，1= 2=1,两个漫灰表面1、2构成的封闭系统,10,两块平行壁面 构

4、成的封闭腔,（2）表面积A1和A2相差甚小(即A1/A21),例如：铸件收缩形成的气隙。,习题5-11、5-13 q1,2 = 1,2 /A,两个漫灰表面1、2构成的封闭系统,11,（3）表面积A1和A2相当，但不相等（即A1A2）,表面1为非凹表面且被表面2包围时,无限长套管间等。,习题5-14、5-15 L = 1,2 /L,两个漫灰表面1、2构成的封闭系统,12,（4）表面积A2比A1大得多（即A1A2）,表面1为非凹表面且被表面2包围时，并且A1A2。,大空间里的小物体： 房间里的管道； 加热炉中的小金属块； 气体内的热电偶测温时等。,教材P176下面有误，改正！,仅取决于小物体的发射

5、率，而与包壳的发射率无关。,例题5-7 习题5-20 5-26,两个漫灰表面1、2构成的封闭系统,13,14,（三）多个灰体表面组成封闭系统时的辐射换热,辐射网络法： 先画辐射网络图： 每个表面都对应着一个表面热阻单元网络； 每两个表面之间都对应着一个空间热阻单元网络。 写出各节点的有效辐射方程： 运用电学中的基尔霍夫定律， 稳态时，流入节点的热流量代数和为零。 求解线性方程组：手算或用计算机求解； 求到各节点的有效辐射Ji 。,灰体间辐射传热的计算,15,封闭系统内的任意表面i ：,N个节点方程 组成线性方程组 (i=1,2,N),稳态时,灰体间辐射传热的计算,由三个漫灰表面组成封闭系统的辐

6、射传热,16,灰体间辐射传热的计算,电学中的基尔霍夫定律，稳态时，流入节点的热流量代数和为零。,17,由3个表面组成的辐射传热系统中有种特殊情况可使辐射传热网络变得简单,灰体间辐射传热的计算,表面3为黑体或面积很大时 其表面辐射热阻为零。,表面3为绝热面时 其净辐射传热量为零。,例题5-8 习题5-17 习题5-18,并联,并联,3个节点,2个节点,18,辐射传热的强化减少热阻 措施 增加表面发射率 增大角系数 例子：室内暖气片 辐射传热的削弱增加热阻 措施 减少表面发射率（或减小吸收比） 例子：人造地球卫星迎阳面（小的涂层） 变压器浅色油漆（太阳辐射小） 采用遮热板工程上广泛应用 （当表面温

7、度、尺寸以及发射率等无法改变时）,19,5.5.5 遮热板,遮热板 插在两个辐射传热面之间用以削弱辐射传热的薄板 作用 不起加入或移走热量的作用，而是通过增加过程的总辐射热阻而达到减小辐射传热量的目的。 条件： 很薄很小（很大）两面温度相等（计算方便）； 灰体 3（越小越好）； 被隔开的物体相互看不见没有辐射传热。 举例说明： 两块靠得很近的大平板间的辐射传热。,薄金 属板,灰体间辐射传热的计算,20,两块平板间的辐射换热有： 2个表面辐射热阻 1个空间辐射热阻。,A1=A2=A X1,2=X2,1=1,无遮热板时，,灰体间辐射传热的计算,21,A1=A2=A3=A X1,3=X3,2=1,原

8、两块平板间的辐射热阻 增加1倍： 2+2=4个表面辐射热阻 1+1=2个空间辐射热阻。,加入遮热板3，,灰体间辐射传热的计算,遮热板的工作原理,在辐射势差不变的情况下，插入遮热板大大地增加了辐射传热过程的总热阻，并且其遮热效果主要来自遮热板两侧的表面热阻。 只要表面的发射率足够低，该项热阻就非常大，遮热效果十分显著。,23,如果加n层同样的遮热板，则辐射热阻将增大n倍，辐射传热量将减少为:,遮热板通常采用表面发射率小、表面辐射热阻大的材料，如表面高度抛光的薄铝板，同时在多层遮热板中间抽真空，加大导热和对流热阻。,若发射率相同 1=2=3,遮热板越多越好吗？（NO 遮热幅度减小；投资增大）,灰体

9、间辐射传热的计算,遮热板在工程上的应用非常广泛 如储存液氮、液氧的容器就采用多层遮热板并抽真空的方法。 如图所示。,24,遮热板的位置,平板遮热板,灰体间辐射传热的计算,25,遮热板的位置,球壳3遮热板,灰体间辐射传热的计算,26,遮热板的位置,球壳A3 遮热板,例：储存液态气体的低温容器；超级隔热油管等。,超级绝热材料 （多层遮热板并抽真空）,圆筒壁遮热板 习题5-14（P180）,灰体间辐射传热的计算,遮热效果变差,热水瓶瓶胆剖面示意图如附图所示。 瓶胆的两层玻璃之间抽成真空，内胆外壁及外胆内壁涂了发射率很低（约0.05）的银。试分析热水瓶具有保温作用的原因。 如果不小心破坏了瓶胆上抽气口

10、处的密封，会影响保温效果吗？,附图是开采稠油时所采用的超级隔热油管，它在半径方向的当量导热系数可降低到0.003 W/(mK)。,某深油井采用隔热油管注汽，隔热油管外是套管。为了减少井筒热损失，用一薄铝管插入油管和套管的环空中。 插入的铝管应尽量靠近隔热油管还是套管？希望插入的薄铝管的发射率小一些还是大一些？为什么？,遮阳伞 ？,28,“遮热板”用于提高温度测量的准确度。 举例：热电偶测温 例题5-9、5-10,误差：,测量误差与辐射传热量成正比、与h成反比。,稳态时，热平衡方程：,当Tf =1000K、Tw=800K、 1=0.8、h=40 W/(m2K)时， 测温误差可达144 K。,减小

11、测温误差： 1)减小1； 2)降低（T14-T24） 3)提高h提高流速，抽气装置。,加保温层：提高T2 加遮热罩3：使T2T3,灰体间辐射传热的计算,例题5-9 习题5-23,29,热电偶端部加一个表面发射率 3为0.2遮热罩3。,热电偶端点的热平衡式：,遮热罩的热平衡式：,抽气式热电偶：遮热罩做成抽气式，以强化气体与热电偶之间的对流换热，提高表面传热系数h。,联立可求得测温误差 tf -t1，结果为44K。 加遮热罩后，相对测温误差由未加遮热罩的14.4%降低到4.4% 。,例题5-10 习题5-24,T3T2,灰体间辐射传热的计算,30,热辐射及辐射传热小结,重点掌握：,（1）热辐射的基

12、本概念 吸收比、反射比、透射比；黑体、灰体、漫射体； 光谱辐射力、辐射力；投入辐射、有效辐射； 发射率（黑度）、角系数； 表面辐射热阻、空间辐射热阻等；,（2）热辐射的基本定律 普朗克定律、斯忒藩玻耳兹曼定律、兰贝特定律； 维恩位移定律； 基尔霍夫定律。,（3）辐射传热的计算方法 角系数的计算方法；辐射网络法；掌握两个表面组成封闭系统的辐射传热量的计算。,（4）遮热板的原理。,31,作业： 习题 5-15 -2 5-11（重点） 5-12、5-13（重点） 5-14 5-20* （自然对流传热+辐射传热） 5-23（自然对流传热+辐射传热，重点）,32,第6章 传热过程的分析与计算,6.1 复合传热过程 对流传热和辐射传热同时存在的换热过程。 总换热量：,辐射传热表面传热系数 （辐射传热系数）,复合传热表面传热系数,复合传热的表面传热系数ht，可通过对流传热系数hc和辐射传热系数hr精确计算。 工程上有时可估算：,室内（无风）热力管道,室内平壁,室外,复合传热过程,在实际计算中是否必须考虑辐射传热，应视具体情况而定。 若固体壁面与液体发生对流传热，通常认为液体对红外辐射是不透明的，故hr=0。 若气体与