东南大学传热学课件：第八章 第二节 被透明介质隔开的两固体表面间的辐射换热

1、第二节 被透明介质隔开的被透明介质隔开的两固体表面间的辐射换热两固体表面间的辐射换热 在热量传递的三种基本方式中，导热与对流都发生在直接接触的物体之间，而辐射换热则可以发生在两个被真空或透热介质隔开的表面之间。 这里的透热介质是指不参与热辐射的介质，例如空气。 本章所讨论的固体表面间的辐射换热是指表面之间不存在参与热辐射介质的情形。或者参与换热的表面被透热介质隔开。计算辐射换热应注意的问题 热辐射是物体以电磁波方式向外传递能量的过程，在计算任何一个表面与外界之间的辐射换热时，必须把由该表面向空间各个方向发射出去的辐射能都考虑在内，也必须把由空间各个方向投入到该表面上的辐射能也包括进去。为了保证

2、这一点，计算的对象必须是包含所研究表面在内的一个封闭腔封闭腔。这个辐射换热封闭腔的表面可以全部是物理上真是的，也可以是部分虚构的。最简单的封闭腔就是两块无限接近的平行平板。本节只讨论由两个表面组成的封闭系统，重点是灰体表面间辐射换热的计算方法，多表面系统则留待下节讨论。 两个黑表面间的辐射换热 如图所示，两个黑表面在垂直纸面方向是无限长的。这种只有两个物体间的辐射换热系统简称为二维系统。此时两物体间的辐射换热量用下面的公式计算 42412, 11211 , 22212, 111 , 2222, 1112, 1TTXAEEXAEEXAXEAXEAbbbbbb对计算公式的说明 上式说明，黑体间的辐

3、射换热除了和参与换热的两个表面的温度有关，还与两个表面间的相对位置有关，即与角系数有关。 当两个表面相互平行且靠得很近时，或者一个物体包围另一个物体时，这时，一个表面发射的能量可以全部落到另一个表面上，此时两个表面间的辐射换热量为最大。 对于二维系统的辐射，两个物体间的辐射换热量也等于高温物体失去的热量或低温物体得到的热量。两个灰表面间的辐射换热 灰体不同于黑体，灰体间的辐射换热要比黑体复杂得多，这是因为： （1）灰体表面的吸收比小于1，因此投入到灰体表面上的辐射能不能被全部吸收，要经过多次的反射； （2）灰体表面向外发射的辐射能不仅包含自身的辐射力，同时还包含被反射的辐射能。 因此，这就给计

4、算带来了不少复杂性。为避免在计算辐射换热时出现多次吸收及反射的复杂性，在介绍灰体辐射换热之前，先来介绍两个概念。 两个概念 投入辐射：单位时间内投射到表面的单位面积上的总辐射能称为投入辐射，用符号G表示，其单位是 ； 有效辐射：单位时间内离开表面单位面积的总辐射能称为该表面的有效辐射，用符号J表示，其单位是 。 2W/m2W/mJGA有效辐射的计算 对一个表面而言，其有效辐射不仅包含该表面的自身辐射力，而且包含投入辐射被反射的部分。 有效辐射就是在表面外可以感受到的总辐射能，所以它是可以用辐射探测仪测量到的灰体表面的总辐射能。 111111111GEGEJb灰体表面净辐射换热量的计算 从表面的

5、外部来观察，该换热量就等于其有效辐射与投入辐射之差，即 从表面内部观察，该换热量就等于其自身辐射力与吸收辐射之差，即 从上面两式中消去投入辐射，即可得到有效辐射与表面净辐射换热量之间的关系为 JGAGJqGEqqEqEJb11111JEqb两个灰表面间辐射换热量的计算 对于由两个灰表面组成的封闭辐射系统，其辐射换热量为 212, 111 , 2222, 1112, 1JJXAXJAXJA11111111bEAJA22222211bEAJA2222, 11111212, 1111AXAAEEbb 若用 作为计算面积，则上式可以改写为 212, 1122212, 1112112, 1111bbsbbEEXAAAXEEA1A111111121 , 212, 1XXs系统发射率说明由灰体组成的辐射系统在同样条件下比黑体辐射系统的辐射换热量要小。几种特例 两换热物体均为黑体 121212, 111 , 2222, 1112, 1bbbbEEXAXEAXEA几种特例 表面1为平面或凸表面 12, 1X11122112112, 1AAEEAbb几种特例 两表面的面积近似相等 21AA 2, 1212112, 11211XEEAbb几种特例 表面2的面积大于大于表面1 0/,2112AAAA2, 112112, 1111