第九章辐射传热的计算.ppt

1、第九章 辐射传热的计算,主要内容：,第1节 辐射传热的角系数 第2节 两表面封闭系统的辐射传热 第4节 气体辐射的特点 第5节 辐射传热的控制,1) 进行辐射换热的物体表面之间是不参与辐射的介质(如单原子或具有对称分子结构的双原子气体、空气或真空)； 2) 参与辐射换热的物体表面都是漫射（漫发射、漫反射）灰体或黑体表面； 3)每个表面的温度、辐射特性及投入辐射分布均匀。,为了使辐射换热的计算简化，引入如下假设：,9.1 辐射传热的角系数,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. 角系数的定义,两个任意位置的表面1、2 ,

2、 从表面1发出（自身发射与反射）的总辐射能中直接投射到表面2上的辐射能占总辐射能的百分数称为表面1对表面2的角系数，用符号 表示。,(1) 角系数的相对性： 即任意两个表面之间的角系数不是独立的，而是受上述关系制约。 (2) 角系数与温度无关，它完全取决于几何关系。 (3) 角系数的完整性：对于平面或凸面组成的封闭系统，根据能量守恒原理，从其中任何一个表面发射的辐射能必全部落到其它表面上，因而其中任一表面对其余各表面的角系数之间存在下列关系： (4) 角系数的可加性：,角系数的三个特性：,利用角系数计算黑体间的辐射换热,落在黑体表面上的能量被全部吸收，所以任意两个黑体表面间的换热量为： 角系数

3、,角系数的计算方法：,(1) 积分法,(2) 代数法,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, 已将常见几何系统的角系数计算结果用公式或线算图的形式给出。,黑体间的辐射换热及角系数,平行的长方形表面间的角系数线算图,黑体间的辐射换热及角系数,相互垂直的两长方形表面间的角系数线算图,黑体间的辐射换热及角系数,平行的同心圆形表面间的角系数线算图,角系数的计算方法2：代数法,三个非凹表面组成的封闭辐射系统,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。,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：,根据角系数的相对性有：,黑体间的辐射

4、换热及角系数例题讲解：,例 试用代数法确定如图所示的表面A1和A2之间的角系数，假定垂直于纸面方向上表面的长度是无限延伸的。,答案,例：P404 例9-1 自学,9.2 两表面封闭系统的辐射换热,1. 两黑体表面组成的封闭系统的辐射换热,两个黑体表面构成的封闭空腔,“封闭腔模型”,两个黑体表面辐射换热量：,空间辐射换热热阻,1、2两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：,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,2.两灰体表面间的辐射换热,单位时间内投射到单位面积表面上的总辐射能被称为投入辐射，记为G； 单位时间内离开单位面积表面的总辐射能为该表面的有效辐射，记为

5、J。,漫射、灰体表面(简称漫灰表面),1）灰体表面的吸收比小于1； 2) 灰体表面向外发射的辐射能除了自身辐射还包含反射辐射；,两灰体表面间的辐射换热不同于黑体，比较复杂：,“有效辐射”定义：,根据有效辐射的定义有：,根据表面的辐射平衡, 单位面积的辐射换热量应该等于有效辐射与投入辐射之差，即有：,表面辐射热阻,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1、2构成一个封闭腔, 如图所示，并假设,表面1净损失的热量为:,表面2净获得的热量为 :,表面1、2之间净辐射换热量为:,两个漫灰表面构成封闭空腔的辐射网络,称为系统黑度,三个灰体间的辐射换热网络,

6、节点1,节点1,节点3,9.4 气体辐射,气体辐射的特点 (1) 气体的辐射和吸收能力与气体的分子结构有关 (2) 气体的辐射和吸收对波长有明显的选择性 (3) 固体及液体的辐射属于表面辐射,而气体的辐射和吸收是在整个气体容积中进行的，属于体积辐射。 (4) 气体的反射率为零,气体辐射的特点1：,在工业上常见的温度范围内，单原子气体及空气、H2、O2、N2等结构对称的双原子气体，无发射和吸收辐射的能力可认为是透明体。CO2、H2O、SO2、CH4和CO等气体都具有辐射的本领。 例：煤和天然气的燃烧产物中常有一定浓度的CO2和H2O。高炉煤气主要成分是CO、 CO2和N2。,气体辐射的特点2：,

7、固体和液体的辐射和吸收光谱是连续的，而气体则是间断的。 气体只能辐射和吸收一定波长范围（称为光带）内的辐射能，在光带以外的波长既不能辐射也不能吸收。 不同的气体光带范围不同。 对于光带以外的辐射射线，气体可以看作是透明体。,例：大气中的臭氧层能保护人类免受紫外线的伤害,气体辐射的特点3:,热射线穿过气体层时，辐射能沿途被气体分子吸收而逐渐减弱。其减弱程度取决于沿途碰到的气体分子数目，碰到的分子数目越多，被吸收的辐射能也越多。因此气体的吸收能力g与热射线经历的行程长度L，气体分压力p和气体温度Tg等因素有关。,气体的发射率与吸收率,气体发射率:,气体发射率主要取决于气体的种类、气体温度和辐射行程

8、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p和射程L有关，即与pL乘积成正比。实际计算中，气体的发射率根据实验图表确定。,气体的吸收率:,气体的吸收率与气体温度以及器壁温度都有关，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。,9.5 辐射传热的控制（强化与削弱）,在现代隔热保温技术中，遮热板的应用比较广泛。例如： 炼钢工人的遮热面罩、 航天器的多层真空舱壁、 低温技术中的多层隔热容器 测温技术中测温元件的辐射屏蔽等，,遮热板的主要作用就是削弱辐射换热。,遮热板的应用:,遮热板削弱辐射传热的原理,以“两块靠得很近的大平壁间的辐射换热”为例来说明,当没有遮热板时，两块平壁间的辐射换热量：,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