第9章-辐射传热的计算

1、2021/6/71 第第9 9章章 辐射传热计算辐射传热计算 2021/6/72 基 基 本本 要要 求求 1掌握辐射角系数的定义、特性及常用计算掌握辐射角系数的定义、特性及常用计算 方法，并能针对实际情况计算角系数方法，并能针对实际情况计算角系数 2能进行两表面系统的辐射传热计算能进行两表面系统的辐射传热计算 3能针对实际辐射传热系统熟练绘制辐射网能针对实际辐射传热系统熟练绘制辐射网 络图，并能应用网络法进行多表面系统的络图，并能应用网络法进行多表面系统的 辐射传热计算辐射传热计算 4了解辐射性气体与非辐射性气体的概念、了解辐射性气体与非辐射性气体的概念、 气体辐射的特点气体辐射的特点 5能

2、进行辐射传热过程强化与削弱的分析能进行辐射传热过程强化与削弱的分析(包包 括进行有遮热板的辐射传热系统括进行有遮热板的辐射传热系统) 2021/6/73 主 主 要要 内内 容容 重点重点：固体表面间辐射传热的计算：固体表面间辐射传热的计算 角系数的定义、性质及计算角系数的定义、性质及计算 两表面封闭系统的辐射传热两表面封闭系统的辐射传热 1、两黑体间的辐射传热、两黑体间的辐射传热 2、由两个等温的漫灰表面组成的封闭、由两个等温的漫灰表面组成的封闭 系统的辐射传热系统的辐射传热 多表面系统的辐射传热多表面系统的辐射传热 辐射传热的强化与削弱辐射传热的强化与削弱 综合传热问题分析综合传热问题分析

3、 2021/6/74 9.1 辐射传热的角系数辐射传热的角系数 辐射换热计算的基础辐射换热计算的基础 一、角系数的一、角系数的定义定义 二、角系数的二、角系数的特性特性：相对性、完整性、可加性：相对性、完整性、可加性 三、角系数的三、角系数的计算计算：直接积分法、代数分析法、：直接积分法、代数分析法、 几何分析法、形状分解法几何分析法、形状分解法 2021/6/75 9.1.1 角系数的定义及计算假定角系数的定义及计算假定 i ji ji X , 假定假定：(1)所研究表面是漫射的所研究表面是漫射的 (2)在所研究表面的不同地点上向外发射的在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

4、的辐射热流密度是均匀的 定义定义: 表面表面i发出的辐射能中发出的辐射能中 落到表面落到表面j上的百分数，上的百分数， 称为表面称为表面i对表面对表面j的角的角 系数，记为系数，记为Xi， ，j 角系数是一角系数是一 纯几何因子纯几何因子 2021/6/76 9.1.2 角系数的性质角系数的性质相对性、完整性、可加性相对性、完整性、可加性 1.角系数的角系数的相对性：相对性： )29( , ijjjii XAXA 2021/6/77 2、角系数的、角系数的完整性完整性： ), 2 , 1( )39( 1 1 ,2,1 , nj XXXX n i ijnjjj 对于图示由对于图示由n个表面所组成

5、的封闭系统，有：个表面所组成的封闭系统，有： 其中：其中： 对于平面或凸面，对于平面或凸面，Xi， ，i=0 对于凹面，对于凹面，Xi， ，i0 2021/6/78 3、角系数的、角系数的可加性可加性： )48( 1 2, 12, 1 n i i XX n k jkiji XX 1 , 广义形式：广义形式： 2021/6/79 9.1.3 角系数的计算方法角系数的计算方法 1、直接积分法直接积分法（数学分析法）（数学分析法） 直接利用角系数的定义，得直接利用角系数的定义，得 几种典型三维几何体系的角系数线算图见几种典型三维几何体系的角系数线算图见399， P400；相应的角系数计算公式见；相应

6、的角系数计算公式见P402表表9-2； 某些二维结构的角系数计算公式见某些二维结构的角系数计算公式见P401表表9-1 12 2 2121 1 2, 1 coscos1 A A r dAdA A X (9-6) 其结果用线算图表示。其结果用线算图表示。 2021/6/710 2、代数分析法代数分析法*利用角系数的三个性质求解利用角系数的三个性质求解 结果：结果： 1 321 2,1 2 A AAA X 1 321 2L LLL (1)三角形法三角形法 条件：条件：a.三个表面均为非三个表面均为非 凹表面；凹表面； b.垂直于纸面方向垂直于纸面方向 为足够长为足够长 2021/6/711 结果：

7、结果： ab bdacbcad X 2 )()( 2 , 1 的断面长度表面 不交叉线之和交叉线之和 12 (2)交叉交叉线法线法 条件：条件：a.二个表面均为非凹二个表面均为非凹 表面；表面； b.垂直于纸面方向为垂直于纸面方向为 足够长足够长 2021/6/712 3、根据已知几何关系的角系数、根据已知几何关系的角系数, 推出其他几何关系推出其他几何关系 的角系数的角系数-也称也称形状分解法形状分解法 关键：关键： ACABCB CABACBA XXAX XXX ,)( ,)( , , 实例：例题实例：例题9-1 2021/6/713 4、几种特殊几何关系的角系数、几种特殊几何关系的角系数

8、 (2)两平行大平板：两平行大平板：1 1 ,22, 1 XX (1)包容关系（包容关系（1是被包物体是被包物体凸面）凸面） 2 1 2,1 2 1 1 ,22,1 , 1 F F X F F XX 2021/6/714 1 , 2)1( , 22 1 1 , 22 2, 1 )( A XXA A XA X AA 相对性相对性 可加性可加性 其中，其中，X2,（ （1+A）、 、 X2,A可由线算图查得；可由线算图查得； A1、A2已知已知 P404例例9-1：求角系数：求角系数X1， ，2 2021/6/715 例：求锅炉炉堂内火焰对水冷壁管的角系数例：求锅炉炉堂内火焰对水冷壁管的角系数 2

9、021/6/716 AD BCDAMBAD AD BCDAMBAD XX AMBAD 2 22 , _ 2021/6/717 9.2 两表面封闭系统的辐射传热两表面封闭系统的辐射传热 黑体间的辐射传热黑体间的辐射传热 两个漫灰表面组成的封闭腔的辐射传热两个漫灰表面组成的封闭腔的辐射传热 1、两个概念：有效辐射、两个概念：有效辐射、投入辐射投入辐射 2、辐射换热计算公式、辐射换热计算公式 前提：固体表面间的介质对热辐射透明前提：固体表面间的介质对热辐射透明(透热介质透热介质) 2021/6/718 9.2.1 两黑体表面组成的封闭腔的辐射传热两黑体表面组成的封闭腔的辐射传热 1. 封闭腔模型封闭

10、腔模型 在辐射传热计算中在辐射传热计算中, 计算对象必须是包含所计算对象必须是包含所 研究表面在内的一个封闭腔。该封闭腔的表面研究表面在内的一个封闭腔。该封闭腔的表面 可以是真实的，也可以部分是虚构的。可以是真实的，也可以部分是虚构的。 这样，在计算任何一个表面与外界之间的这样，在计算任何一个表面与外界之间的 辐射传热时，可保证把由该表面向空间各个方辐射传热时，可保证把由该表面向空间各个方 向发射出去的辐射能及由空间各个方向投入到向发射出去的辐射能及由空间各个方向投入到 该表面的辐射能均包括进去。该表面的辐射能均包括进去。 2021/6/719 )119()()( : 211 , 22212,

11、 11 1 , 2222, 11112212, 1 bbbb bb EEXAEEXA XAEXAE 传热量两黑体表面间的净辐射 角系数的相对性角系数的相对性 单位时间内从表面单位时间内从表面1上发出到达表面上发出到达表面2的辐射能：的辐射能： 2, 11121 XAE b 单位时间内从表面单位时间内从表面2上发出到达表面上发出到达表面1的辐射能：的辐射能： 1 ,22212 XAE b 2. 两黑体表面封闭系统的辐射传热两黑体表面封闭系统的辐射传热 2021/6/720 灰体间辐射传热的特点：灰体间辐射传热的特点： 存在多次吸收和反射过程存在多次吸收和反射过程 两无限大灰体两无限大灰体 平行平

12、板间的平行平板间的 多次反射和吸多次反射和吸 收过程收过程 9.2.2 有效辐射有效辐射 2021/6/721 1. 有效辐射的定义有效辐射的定义 有效辐射有效辐射J 在单位时间内离开表面单位表面积的总辐射在单位时间内离开表面单位表面积的总辐射 能，称为该表面的有效辐射能，称为该表面的有效辐射 投入辐射投入辐射G 单位时间内投射到单位表面积上的总辐射能，单位时间内投射到单位表面积上的总辐射能， 称为对该表面的投入辐射称为对该表面的投入辐射 假定假定:表面温度均匀表面温度均匀,且发射特性和吸收特性是常数且发射特性和吸收特性是常数 2021/6/722 2. 有效辐射与辐射传热量的关系有效辐射与辐

13、射传热量的关系(参见右图参见右图)： )()1 ( 11111111 aGEGEJ b 注：注：考虑到表面考虑到表面1的任意性，后的任意性，后 两式中已删除了下角码两式中已删除了下角码“1” )( 11 1 1 1 bGJ A q 表面表面1的能量收支差额为：的能量收支差额为： )( 1111 cGEq或：或： )129()1 1 (qEJ b 或：或： 1 JE q b 2021/6/723 9.2.3 两个漫灰表面组成的封闭腔的辐射传热两个漫灰表面组成的封闭腔的辐射传热 将式（将式（9-12）分别应用于表面）分别应用于表面1、2，有：，有： 1 ,2 2 2222 2, 1 1 1111

14、)1 1 ( ;)1 1 ( b b EAAJ EAAJ 参照黑体公式参照黑体公式(9-11),对于两灰体表面间的辐射传热有：对于两灰体表面间的辐射传热有： )( 1 , 2222, 1112, 1 dXJAXJA 2021/6/724 上面三式联立求解（上面三式联立求解（ ） ，解得：，解得： 1 , 22 , 1 )( *)139( )1 1 ( 1 )1 1 ( )( )139( 111 212,11 22 1 2,11 211 22 2 2,1111 1 21 2,1 bbs bb bb EEXA b A A X EEA a AXAA EE 式中，式中， )1 1 ()1 1 (1 1

15、 2 1 ,2 1 2, 1 XX s 称为系统发射率称为系统发射率(其值与辐射传热系统的组合有关其值与辐射传热系统的组合有关,1) 2021/6/725 特例特例（简化）：（简化）： 1、表面表面1 为非凹表面为非凹表面，X1， ，2=1。则： 。则： )159()( ) 1 1 ( 1 )( 211 22 1 1 211 2, 1 bbs bb EEA A A EEA 其中，系统黑度为：其中，系统黑度为： )1 1 ( 1 1 22 1 1 A A s 2、 :),( 1 2 1 则有如两无限大平行平板 A A )169( 1 11 )( 21 211 2,1 bb EEA 典型实例：典型

16、实例： 热水瓶胆、贮液容器、双层玻璃窗等等热水瓶胆、贮液容器、双层玻璃窗等等 2021/6/726 3、 )179( 21112, 1 bb EEA :),1(1,0 12 2 1 则有为非凹表面且X A A 典型实例：典型实例： 放置于大房间内的小物体（如高温管道）与房间放置于大房间内的小物体（如高温管道）与房间 壁间的辐射传热；壁间的辐射传热； 热电偶节点（或其他温度计的温包）与管壁间的热电偶节点（或其他温度计的温包）与管壁间的 辐射传热；辐射传热； 厂房内设备的辐射散热；厂房内设备的辐射散热； 锅炉观察窗与炉膛壁间的辐射传热，锅炉观察窗与炉膛壁间的辐射传热，等等。等等。 2021/6/7

17、27 例：例：q、的计算（的计算（P408-410） 例例9-2：液氮储存容器单位面积散热量：液氮储存容器单位面积散热量q的计算的计算 简化成两无限大平行平板处理简化成两无限大平行平板处理 例例9-3：置于方形砖槽道内的钢管辐射热损失：置于方形砖槽道内的钢管辐射热损失的计算的计算 直接用公式（直接用公式（9-15）或近似采用）或近似采用A1/A20 模型模型 2021/6/728 例例9-4：圆筒形埋地式加热炉热损失：圆筒形埋地式加热炉热损失的计算的计算* （同类型问题：热金属板中的孔壁对外辐射）（同类型问题：热金属板中的孔壁对外辐射） 处理方法：处理方法： (1)将开口看作温度为环境温度的黑

18、体将开口看作温度为环境温度的黑体 (2)温度、黑度条件相同且相连的内表温度、黑度条件相同且相连的内表 面作为一个表面处理面作为一个表面处理 三个等温黑表面三个等温黑表面组成的封闭腔辐射组成的封闭腔辐射 )( )( 313,11 323,22 3,13,2 bb bb EEXA EEXA 2021/6/729 9.3 多表面系统的辐射传热多表面系统的辐射传热 2、计算方法：、计算方法： 网络法网络法* 把辐射热阻比拟成等效的电阻，从而把辐射热阻比拟成等效的电阻，从而 通过等效的网络图来求解辐射传热通过等效的网络图来求解辐射传热 数值法（原理同导热问题的数值计算）数值法（原理同导热问题的数值计算）

19、 1、本节讨论、本节讨论重点重点：某一表面的净辐射传热量的计算：某一表面的净辐射传热量的计算 工程计算的主要目的工程计算的主要目的 某一表面的某一表面的净辐射传热量净辐射传热量 为该表面与其余各表面分别传热的传热量之和为该表面与其余各表面分别传热的传热量之和 2021/6/730 9.3.1 两表面换热系统的辐射网络两表面换热系统的辐射网络 1、表面网络单元、表面网络单元 由式（由式（9-12）得：）得： )189( 11 A JEJE q bb 或 式中：式中： A 1 , 1 称为表面辐射热阻，称为表面辐射热阻，Rs （由表面的非黑性引起）（由表面的非黑性引起） 特例：特例：黑体，黑体，

20、=1， Rs =0，Eb=J； 大表面大表面(A很大很大)， Rs 0， Eb J )129() 1 1 (qEJ b 2021/6/731 等效电路图：等效电路图： A JE b 1 1 JE q b 2021/6/732 2、空间网络单元、空间网络单元 由式（由式（d）：）： )( 212, 111 , 2222, 1112, 1 JJXAXJAXJA )199( 11 1 ,22 21 2, 11 21 2, 1 XA JJ XA JJ 得：得： 式中：式中：称为表面称为表面1,2间的空间的空 间辐射热阻，间辐射热阻，RP 1 , 222, 11 11 XAXA 2021/6/733 等

21、效电路图：等效电路图： 1 ,22 21 2, 11 21 2, 1 11 XA JJ XA JJ 2,1 21 2,1 1 X JJ q 1 ,2 21 1 ,2 1 X JJ q 2021/6/734 (1)画出等效的辐射网络图，并求出各热阻值及与画出等效的辐射网络图，并求出各热阻值及与 各表面温度对应的各表面温度对应的Eb值；值； (2)列出各节点的节点电流方程（依据：直流电路列出各节点的节点电流方程（依据：直流电路 中的基尔霍夫定律），得一代数方程组；中的基尔霍夫定律），得一代数方程组； (3)求解上述代数方程求解上述代数方程(组组)，得各节点电势值，得各节点电势值Ji*； (4)计算

22、辐射传热量。其中：计算辐射传热量。其中： ii i ibi i A JE i 1 :的净辐射传热量表面 jii ji ji XA JJ ji , , 1 :, 间的净辐射传热量表面 9.3.2 多表面封闭系统辐射网络法求解步骤多表面封闭系统辐射网络法求解步骤 2021/6/735 (1)分析辐射换热系统的换热情况，确定参与换热的表分析辐射换热系统的换热情况，确定参与换热的表 面个数，并进行编号；面个数，并进行编号； (2)画出节点（每一换热表面为一个节点），并依次画出节点（每一换热表面为一个节点），并依次 标为标为J1、J2、J3、等等；等等； (3)逐个分析换热表面的特性，确定表面热阻：逐个

23、分析换热表面的特性，确定表面热阻： 表面为黑体时，表面热阻为零，表面为黑体时，表面热阻为零，J=E b； 大表面的表面热阻趋近于零，大表面的表面热阻趋近于零，JE b； (4)逐个分析两两表面间的换热情况，确定空间热阻：逐个分析两两表面间的换热情况，确定空间热阻： 如两表面可见，则在该两表面间连一空间热阻；如两表面可见，则在该两表面间连一空间热阻； 如两表面不可见，则不连空间热阻如两表面不可见，则不连空间热阻(断开断开)。 辐射网络图的画法辐射网络图的画法 2021/6/736 （1）二个灰体表面间的辐射换热网络图：）二个灰体表面间的辐射换热网络图： 辐射网络图画法举例：辐射网络图画法举例：

24、J1J2Eb1 1 1 1 A Eb2 22 2 1 A 2,11 1 XA 22 2 2,1111 1 21 2,1 111 : AXAA EE bb 则 1,2 2021/6/737 （2）三个灰体表面间的辐射换热网络图：）三个灰体表面间的辐射换热网络图： 2021/6/738 （3）四个灰体表面间的辐射换热网络图）四个灰体表面间的辐射换热网络图 2021/6/739 9.3.3 三表面封闭系统中的几个特例三表面封闭系统中的几个特例 (三元方程简化为二元方程三元方程简化为二元方程) (1)其中一个表面为黑体其中一个表面为黑体 表面热阻为：表面热阻为： 33 33 3 3 , 0 1 bs

25、EJ A R 故 (3)其中一个表面绝热（其中一个表面绝热（重辐射面重辐射面），则），则 )(, 0 3333 TEJq b 可由该式求得 将节点将节点3作浮动节点（普通节点）处理作浮动节点（普通节点）处理 (2)其中一个表面为大表面，则其中一个表面为大表面，则 表面热阻为：表面热阻为： 33 33 3 3 , 0 1 bs EJ A R 故 2021/6/740 注意注意(a)(b)两种两种 情况的差别情况的差别 2021/6/741 对于对于(b)或或(c),有有 3 , 23 , 12, 1 2, 1 12, 33 , 1 3 , 23 , 12, 1 3 , 23 , 1 12, 1

26、21 21 23 , 23 , 12, 11 )/( RRR R RRR RR R EE RRRRRR bb 总 总 1 2 2, 1 3 , 1 2, 3 2021/6/742 例例9-5： 两块温度、黑度、尺寸两块温度、黑度、尺寸 及间距一定的平行平板置于及间距一定的平行平板置于 温度恒定的大房间内温度恒定的大房间内 (平板平板 背面不参与换热背面不参与换热) 求：求：(1)每板的净辐射散热量每板的净辐射散热量 (2)厂房墙壁得到的辐射热量厂房墙壁得到的辐射热量 分析：板分析：板1、2为灰表面，为灰表面， 厂房厂房3 为灰表面（大表面，表面热阻可视为零）为灰表面（大表面，表面热阻可视为零）

27、 2021/6/743 例例9-6：大房间的墙壁为重辐射面，其他同例：大房间的墙壁为重辐射面，其他同例9-5 求：温度较高表面的净辐射散热量求：温度较高表面的净辐射散热量 即求即求 1 注意：注意： 1、多表面系统表面的划分依据：以热边界条件为、多表面系统表面的划分依据：以热边界条件为 主（不应纯按几何面划分）主（不应纯按几何面划分） 2、前面讨论问题均为第一类边界条件；其他边界、前面讨论问题均为第一类边界条件；其他边界 条件下的求解及结果可参见文献条件下的求解及结果可参见文献1、2 3、计算中应注意有效数字的位数，特别是在求各、计算中应注意有效数字的位数，特别是在求各 节点的有效辐射节点的有

28、效辐射 Ji 时。时。 2021/6/744 例例9-7：辐射采暖房间，顶棚设置加热器：辐射采暖房间，顶棚设置加热器 求：求：(1)顶棚总辐射热量顶棚总辐射热量 (2)其他表面的净辐射换热量其他表面的净辐射换热量 注意表面的划分方法注意表面的划分方法 问题类型：问题类型： 四个灰体表面组成的四个灰体表面组成的 封闭腔的辐射换热问封闭腔的辐射换热问 网络图网络图 其中其中:1(顶棚顶棚)-加热面加热面 2,3侧墙侧墙 4地板地板 2021/6/745 9-4 气体辐射的特点（简介）气体辐射的特点（简介） 常见的辐射性气体：三原子气体、多原子气体、常见的辐射性气体：三原子气体、多原子气体、 结构不

29、对称的双原子气体结构不对称的双原子气体(如如CO) 非辐射性气体非辐射性气体(热辐射的透明体热辐射的透明体) ：结构对称的：结构对称的 双原子气体双原子气体 辐射性气体辐射性气体 具有发射和吸收辐射能的能力的气体具有发射和吸收辐射能的能力的气体 2021/6/746 9.4.1 气体辐射的特点：气体辐射的特点： 1. 气体辐射对波长有气体辐射对波长有(强烈的强烈的)选择性选择性 只在某些波长区段内具有辐射能力只在某些波长区段内具有辐射能力, 相应地相应地 也只在同样的波长区段内才具有吸收能力也只在同样的波长区段内才具有吸收能力 辐射性气体的光带见辐射性气体的光带见P420图图9-27 2021

30、/6/747 2021/6/748 2. 气体的辐射和吸收在整个容积中进行气体的辐射和吸收在整个容积中进行 就吸收而言就吸收而言, 投射到气体层界面上的投射到气体层界面上的辐射能辐射能 通过吸收性气体层时，在辐射行程中被气体吸收通过吸收性气体层时，在辐射行程中被气体吸收 而减弱而减弱; 就辐射而言就辐射而言, 气体层界面上所感受到的气体层界面上所感受到的 辐射为到达界面上的整个容积中的气体的辐射辐射为到达界面上的整个容积中的气体的辐射. 被辐射性气体（吸收性介质）所隔开的两表被辐射性气体（吸收性介质）所隔开的两表 面间的辐射换热计算略面间的辐射换热计算略. 2021/6/749 9.5 辐射传

31、热的控制辐射传热的控制(强化与削弱强化与削弱) 要求：要求： 了解强化与削弱辐射传热的基本方法及其工程应用了解强化与削弱辐射传热的基本方法及其工程应用 9.5.1 控制物体表面间辐射传热的基本方法控制物体表面间辐射传热的基本方法 (前提前提: 冷、热表面温度一定冷、热表面温度一定, 即即Eb1、Eb2一定一定) 控制表面热阻控制表面热阻 控制空间热阻控制空间热阻 2021/6/750 1. 控制表面热阻控制表面热阻 (1)改变表面积改变表面积A A 1 (2)改变换热表面的发射率改变换热表面的发射率* 首先改变对辐射传热影响最大的那一表面的首先改变对辐射传热影响最大的那一表面的 发射率发射率(

32、即串联环节中表面热阻最大的表面即串联环节中表面热阻最大的表面)； 当辐射传热同时涉及温度较低的红外辐射与当辐射传热同时涉及温度较低的红外辐射与 温度较高的太阳辐射时温度较高的太阳辐射时, 控制红外辐射的发射率与控制红外辐射的发射率与 对太阳辐射的吸收比应同时入手对太阳辐射的吸收比应同时入手. 应用实例应用实例: 太阳能集热器中的太阳能集热器中的选择性涂层选择性涂层 要求要求: 红外辐射的发射率红外辐射的发射率尽可能地小尽可能地小, 对太阳辐射对太阳辐射 的吸收比的吸收比s尽可能地大尽可能地大. 2021/6/751 2. 控制空间热阻控制空间热阻 jii XA , 1 (1) 改变表面积改变表

33、面积A (2) 改变两表面的布置以改变两表面的布置以改变角系数改变角系数* 如对于两无限大平板，平行放置时的角系数最大如对于两无限大平板，平行放置时的角系数最大 应用实例应用实例: 送风式电子器件机箱中的元件布置送风式电子器件机箱中的元件布置 2021/6/752 特征：遮热板在整个辐射传热系统中并不放出特征：遮热板在整个辐射传热系统中并不放出 或带走任何热量，只是在热流通路中另或带走任何热量，只是在热流通路中另 外添加了阻力，使得整个传热过程受到外添加了阻力，使得整个传热过程受到 阻碍，即阻隔辐射传热阻碍，即阻隔辐射传热 。 9.5.2 遮热板的原理及应用遮热板的原理及应用 在辐射传热系统中

34、插在两个辐射传热表面在辐射传热系统中插在两个辐射传热表面 之间的、用来阻挡之间的、用来阻挡(减弱减弱) 辐射传热的辐射传热的薄板薄板 遮热板遮热板 2021/6/753 1 、遮热原理分析、遮热原理分析主要掌握分析方法主要掌握分析方法 例：在两块无限大平行平板例：在两块无限大平行平板 间插入一块面积也是无间插入一块面积也是无 限大的遮热板限大的遮热板(如图如图)。 假定假定1= 2= 3= ， 且三块板都是灰体且三块板都是灰体(=) 关键：关键： 在热稳态情况下有在热稳态情况下有q1,3=q3,2=q1,2 2021/6/754 推导过程推导过程 由式（由式（9-16）得：）得： 1 2 1

35、11 1 2 1 11 23 23 23 2, 3 31 31 31 3, 1 bbbb bbbb EEEE q EEEE q 利用热稳态条件利用热稳态条件q1,3=q3,2=q1,2， ，从上面两式消去 从上面两式消去Eb3 后可解得：后可解得： )0(2,1 21 21 2,1 2 1 1 11 2 1 q EE q bb 上式中，上式中，q1,2(0)为无遮热板时表面为无遮热板时表面1，2间的辐射传热量间的辐射传热量 2021/6/755 附：加一块遮热板，但三板黑度不同附：加一块遮热板，但三板黑度不同(仍都为灰体仍都为灰体)时时 1 11 ; 1 11 23 23 2,3 31 31

36、3, 1 bbbb EE q EE q 利用热稳态条件从上面两式可解得：利用热稳态条件从上面两式可解得： 1 11 ) 11 2 2 1 11 ( 11 2 2 21 21 213 21 213 21 2 , 33 , 12 , 1 bbbb EEEE qqq 消去消去Eb3后得：后得： 213 31 2 23 1 3 11 2 2 ) 1 11 () 1 11 ( bb b EE E , 11 2 2 1 11 )0(12 213 21 q 1=2=3=时即为前式 2021/6/756 结论结论 n在两黑度相同的平行平板间加入黑度相在两黑度相同的平行平板间加入黑度相 同的同的 n 块遮热板，

37、其辐射传热量将减小块遮热板，其辐射传热量将减小 为原来的为原来的1/(n+1)。 n所加遮热板的黑度越小、遮热板块数越所加遮热板的黑度越小、遮热板块数越 多，遮热效果越明显多，遮热效果越明显 2021/6/757 n汽轮机中汽轮机中, 用于减少内、外套管间的辐射传热用于减少内、外套管间的辐射传热 n用于低温容器（杜瓦瓶）隔热保温；用于低温容器（杜瓦瓶）隔热保温； n用于超级隔热油管；用于超级隔热油管； n用于提高测温准确度。用于提高测温准确度。 如：遮热罩抽气式热电偶如：遮热罩抽气式热电偶(可减少测温误差可减少测温误差) 等等。等等。 2.遮热板的应用实例遮热板的应用实例 2021/6/758

38、 2021/6/759 2021/6/760 第第9-69-6节节 传热问题综合分析传热问题综合分析 提出问题、作出假设、提出问题、作出假设、 建立模型、理论求解建立模型、理论求解 实例：实例： 1、炉膛辐射热流密度的测定、炉膛辐射热流密度的测定 2、遮热罩抽气式热电偶测温遮热罩抽气式热电偶测温 3、轿车后窗玻璃的热分析、轿车后窗玻璃的热分析 2021/6/761 9.6.1 9.6.1 炉膛辐射热流密度的简易测定方法炉膛辐射热流密度的简易测定方法 2021/6/762 假定：假定： (1)过桥的导热系数为常数；过桥的导热系数为常数； (2)忽略过桥背火面与炉墙间的辐射传热；忽略过桥背火面与炉

39、墙间的辐射传热； (3)火焰对过桥表面的辐射热流均匀；火焰对过桥表面的辐射热流均匀； (4)辐射热流一经表面吸收即成为平行于过桥辐射热流一经表面吸收即成为平行于过桥 壁面而向两侧传导的导热热流；壁面而向两侧传导的导热热流； (5)过桥表面温度远低于火焰温度；过桥表面温度远低于火焰温度； (6)忽略过桥表面与烟气间的对流传热。忽略过桥表面与烟气间的对流传热。 2021/6/763 )( , 44 wgw w TTx dx dT x x 即区段的辐射传热量过桥中心至 处的导热热流量距过桥中心 热平衡关系：热平衡关系： 求解结果：求解结果： 2 0 )(2 l TT q wlw 2021/6/764

40、 9.6.2 遮热罩抽气式热电偶测温遮热罩抽气式热电偶测温 (1)裸露热电偶测温：裸露热电偶测温： 当当q1=q2时，热电偶达时，热电偶达 到某平衡温度到某平衡温度t1(tf) )() ( 111bWbf EEtth 2021/6/765 (2)加遮热罩后加遮热罩后 遮热罩温度遮热罩温度t3tw， 热平衡关系为：热平衡关系为： )1( 432 3 1 qqq A A ) 2( 21 qq )()( 3111bbf EEtth 2021/6/766 P436例：热电偶测温问题计算例：热电偶测温问题计算 无罩时：测温绝对误差无罩时：测温绝对误差206.2 测温相对误差测温相对误差20.7% 有罩时

41、有罩时: 测温绝对误差测温绝对误差48.8 测温相对误差测温相对误差4.88% 2021/6/767 轿车后窗玻璃的热分析轿车后窗玻璃的热分析 2021/6/768 假设：假设： (1) 内热源（电热丝产热）均匀；内热源（电热丝产热）均匀； (2)玻璃中的导热过程为一维稳定过程；玻璃中的导热过程为一维稳定过程； (3)内侧复合表面传热系数内侧复合表面传热系数ht,i与外侧表面传热系与外侧表面传热系 数数h0均已知均已知 热平衡关系：热平衡关系： )()()( 0 ,0 ,0 4 0 , 4 0 ,fwfwifiwitss TThTTTThG 2021/6/769 9.6.3 辐射传热系数辐射传

42、热系数 定义：定义： tAhr r 即：即： tA h r r 称为辐射传热表面传热系数称为辐射传热表面传热系数 简称辐射传热系数，其值与简称辐射传热系数，其值与 系统情况有关系统情况有关 对于同时存在对流与辐射的综合过程，即有：对于同时存在对流与辐射的综合过程，即有： )238()( tAhtAhh tAhtAh trc rcrc ht 称为复合传热表面传热系数称为复合传热表面传热系数 2021/6/770 1、角系数的定义、角系数的定义 2、角系数的特性：、角系数的特性： 3、角系数的计算：、角系数的计算： 相对性、完整性、可加性相对性、完整性、可加性 直接积分法直接积分法(线算图线算图)

43、； 代数分析法代数分析法(三解形法、交叉线法三解形法、交叉线法)； 形状分解法；形状分解法； 几种典型几何关系的角系数：几种典型几何关系的角系数： 包容关系包容关系(X1,2=1)、 两平行大平板两平行大平板(X1,2=X2,1=1) 第第9章章 小小 结结 一、角系数的定义、性质及其计算一、角系数的定义、性质及其计算 2021/6/771 9.2 两表面封闭系统的辐射传热两表面封闭系统的辐射传热 一、黑体间的辐射换热一、黑体间的辐射换热 )( 211 , 2212212, 1bb EEXA 关键：角系数的计算关键：角系数的计算 二、由两个等温的漫灰表面组成的封闭系统二、由两个等温的漫灰表面组成的封闭系统 的辐射换热的辐射换热 ) 1 1 ( 1 ) 1 1 ( 111 22 1 2, 11 211 22 2 2, 1111 1 21 2, 1 A A X EEA AXAA EE bbbb 1、有效辐射与投入辐射的概念、有效辐射与投入辐射的概念 2、辐射换热计算公式、辐射换热计算公式 )( 211 , 2212212, 1 JJXA 2021/6/772 几个特例（简化