辐射换热百度文库

1、11-4辐射换热的计算基本假设：(1) 进行辐射换热的物体表面间是不参与辐射 的介质(单原子或结构对称的双原子气体.空气)或 真空；(2) 参与辐射换热的表面均为漫灰体或黑体 表面；(3) 参与辐射的所有表面，温度、辐射特性 及投入辐射分布均匀.> 角系数(View Factor)1角系数的定义离开表面z的总辐射能中直接投射到表面丿的份额 称为表面i对表面丿的角系数，用符号Xq表示.假设有两个任意位置的黑体表面八j,如图所示：dA cos 6= L/idAi cosqdQr = LhjdA. cos0.；EdA cos 9,dAf cos 07兀cos 3 cos 3.=為一 傘昨 兀厂

2、rf < £#开整个黑体表面j直接投射到表面）的辐射能为 LCOS O COS 0 =f E, -dAdAf Jaj Jaz hl2I J27trrcrCOS。 cos。®Ajtip离开整个黑体表面i的总辐射能为如，根据角系 数的定义、4一 ；1 . . cos 3. cos 3.X. . = LdA dA"AE. aH兀r' Ji bi/rf < £#1cos&. cosO2TtrX =f f H-dA dAl4%2,1 =4aX2a,l + A>b2b,l同理可得cos G. cosO' J dAdA ” J

3、Ji r1可以看出，在上述假设条件下，角系数是几何量，只取 决于两个物体表面的几何形状.大小和相对位置。2.角系数的基本性质（1）角系数的相对性（互换性）AixiJ = AJj2）角系数的完整性对于N个表面包围并形成一个封 闭腔，根据角系数的定义有NX | +X_ +X + + x“ =1Z / JiA2rj7=1(3 )角系数的可加性(分解性)4化/1.2 =A£biX 1,2a + 4化/ 1.2乃X.2 = X.2a + X.2b2a2bA>b22,l = 22ab22a4 + 2%bb22bJ3角系数的计算方法01109 a r主要有积分法.代数法.图解法(或投影法)等

4、.(1)积分法根据角系数表达式通过积分运算求得角系数098765 4 3 21-aa a a a 6 6 a0.01.cos6 cos6A 一 MS971广?:Ifli0. 040. 030. 0235 68 10200. 090. 080. 070. 060. 050203 040. 5 0608 12Y/H0987 6 5 4 326O.66 6 a ao.1987 6 5 4is 人OJOO o o o a ooo o o o o平行长方形表面间的角系数XI0.40302010. 20304050608 12345 61020Z/X3 20.5X)相互垂直的两长方形表面间的角系数f 八孑

5、0.81.02.03.05.0& 010.0i/n两同轴平行圆盘间的角系数0(2)代数法易U用角系数的定义及性质, 过代数运算确定角系数。图(a), (b)： X|2=l图(d) ： Xh2 = X234厶a=1三个非凹表面构成的封闭空腔A产a2xX,X2.3=A=AAtX+) 4X3J +4X3 2 = 4Ma4 X.3 = 4X3iX.2 + 4 X 3 + 冬 x? 3 = (A + 亠 + ) 冬+企一 4 = 2A -4 + 4 44X12+M3 =4 = X2312 +4 12厶22,1 + 4?*2,3 =X 32AAX3.1+AX3.2 = A Q X12_ 4 + 人

6、2 企 l+l2l3=242/.Xgx2 = 1 xc - Xgab + ac beX®2人2/,(ad + be) (ac + bd )ah + bd ad1.22abX对两个黑体表面构成封闭腔，两表面间的 交换热量：習2 = 4X 2 （化1 -化2）=E“ - %_ 1M.2由N个黑体表面构成封闭空腔NN=Vaxt 厶i.J 厶一 /八 b*b/ /j=j=被透热介质隔开的表面间的辐射换热1黑体表面之间的辐射换热对于任意位置的两个黑体表面1、2>5-2 = 4X 2化1 他-1 =仏 X? 1血2* %2 =叽-叽=A.A-厶七竝=4兀2 （久一化2）=（久一化2）E _

7、 EIG逬2 = -列一亠 空间辐射热阻4纶2W.2注意：0,是两个任意位置的黑体表面1、2之间直接的辐射换热量，没考虑其它表面的够响.2.漫灰表面之间的辐射换热有效辐射：单位时间内离开单位面积表面的总 辐射能，用符号J表示，单位是W/m?.物理意义：是单位面积表面自身辐射力与反射的投入辐射之和。表面处感觉到的辐射能量，是可用仪器测得的单位面积辐射功率。单位面积的辐射换热量:=J G A上两式联立可解得E.-J=1一£Ae=&A &1 £表面辐射热阻As对于黑体表面，&=1,表面辐射 热阻为零、J = Eb £j4£表面辐射热阻网

8、络单元两个漫灰表面构成封闭空 ,7；7；,表面1净损失.表 面2净获得的热量分别为©=Ez_J' 1 一£A】®表面1、2之间净辐射换热量为5,2 = 4兀 2厶-4X2 1 厶 = 4x2（厶厶）=厶</9 一 E.4 =-1&22 L 1 卫1*1,2根据能量守恒，省=马=省2空间辐射热阻网络单元4®AX,2 y两表面封闭空腔的辐射网络込2hl,込* 1I 月1掐,2川2玉2猛倉两平行壁构成的封闭空腔4=4"_ 人2 = "1=久_ Eg'1 _ £、11 _ 6TLd1g 4X|2 也=営

9、、¥小=4气2 (久-Eb2)£ + j 1筍2称为系统黑度非凹表面1和包壳2之间的辐射换热A. (E. . _'1 、 一i 邑）X|.2=3.2=F心如果4 « A 九2 = 4® （化1 化2）Bo 三、多个漫灰表面封闭空腔内的辐射换热贡3务闭空腔内任意一个表面r净损失的辐射热流量等于该表面与所有表面交换的辐射热流量的代数和，即=士曲".几)y=in一 1 工Xj j(Jj-Jj)力=1T或者直接根据表面i的有效辐射的定义,=厶=化,4% i 、nnJ. =.£：b. +（siyXj .JjAj/A.NXj 詁）j=j=

10、汗箏警原则上，对于N个表面构成的封闭空腔，可以写 话毒个表面有效辐射节点方程，构成由N个有效辐射 节点方程组成线性方程组。只要每个表面的温度. 发射率已知，相关角系数可求，就可以通过求解线 性方程组得到各表面的有效辐射，进而求得每个表 面的净辐射换热量.N J=s-J=1 _辐射网络法：1 6N=V AX （J - J ）丿=1N J - 1空腔内表面i与其它表面之间的辐 射换热网络单元只要利用相应的空间辐射热阻将封闭腔所有的 有效辐射节点连接起来，就构成了完整的辐射换热 网络。进而可以运用电学中直流电路的求解方法, 求出各节点的有效辐射及各表面的净辐射换热量。这种方法称为辐射网络法。三个漫灰

11、表面组成的封闭空腔的辐射换热网络_勻习巳 1 -411J -1-1,2-22 匕yi1辐射表面：有效辐射等于投 入辐射，J, =Gi ,净 辐射换热量等于零。对漫灰体重辐射 面，S. = CC. »J1 = si Eh. + （1 企）G i=> j = e 重辐爲面的存在 改变了辐射能的方向 分布，所以够响整个 系统的辐射换热。/必,3 §卫2屜3kz3 A3%/必34 = %辐射网络中的重辐射面31 £i勺11,2 J?占2冷2 丘严例111某房间尺寸如图所示，在楼板中布置加热盘管, 测得的参数如下：t=250C, e1=0.9; t2=10 °

12、;C, e2=0.8; t3=13 °C ,83=0.8; t4=ll °C, 84=0.60'乡rr11-5辐射换热的强化与削弱-辐射换热的强化以两表面封闭空腔的辐射为例增加表面1的发射率更有效如果4 « A :5,2 = AS （尢6仇2）rfco 二.辐射换热的削弱（遮热板的原理）遮热板的主要作用就是削弱辐射换热。以大平壁间的辐射换热为例。没有遮热板时，两 块平壁间的辐射换热 有2个表面辐射热阻.1个空间辐射热阻。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3 如果忽略遮热板的导热热阻，则总辐射热阻增加了 1倍，辐射换热量减少为原来的1/

13、2,即80脚的 涤纶飆O =（I） f.2r.22果加n层同样的遮热板，则辐射热阻将增大n倍, 辐射换热量将减少为n + 遮热板通常采用 表面发射率小 表面辐射热阻大的材料，如在航天 工程中经常采用的镀铝涤纶薄膜， 聚亚酰胺薄膜等超级多层复合隔热 材料，每层膜厚620 pirn,膜的表 面发射率只有0.02 0.04,同时在膜 中间抽真空，垂直于膜厚方向上的 当量导热系数低到10-5 W/（mK）.I遮热板在测温技术中的应用 热电偶测温裸露热电偶热平衡:必（耳7）=比口（74一7；4）测温误差：£0（呼一可）£ _召=- h与对流换热表面传热测温误差和辐射换热量成正比，系数

14、力成反比. 丫£当Tf =1000 K、7=800 K. &|=08、/?=40 W/（m2-K） 时，测温误差可达144K减少测温误差的方法遽必电偶端部加一个遮热罩3, 热电偶端点的热平衡表达式力7) = ®b(74存)遮热罩的热平衡表达式2方(耳-石)=&7(可-可)当遮热罩的表面发射率为6- 3=0.2时，联立求解以上两式, 可求得测温误差Tf- T1=44K.可见，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11-2 圆柱型空腔的直径为抽气式热电偶：遮热罩做成抽气式，以便强化燃气 与热电偶之间的对流换热，提高表面传热系数乩=1

15、0 cm.深度为/ = 40 cm ,炉腔内壁 面发射率为£ = 0.2 ,空腔内壁面温度为727 °C。试问：(1) 单位时间内从空腔发射出多少辐射能？(2) 如果空腔所在的室内周围壁面温度为27 °C ,单位时间内空腔的净辐射散热损失为多少？(3) 如果保持空腔的几何尺寸不变，将空腔设 计成发射率大于0.99的人工黑体腔，试问空腔内壁面 的发射率至少多大？寸阀例113预设计一个开口半径为r= 1cm.开口发射 萍龙6.999的球型人工黑体腔，已知空腔内壁材料表面黑度为0.9 ,试确定黑体腔的半径/?站些例11-4有两个薄金属板做成的长同心套管1、2, 直径务别为£=5cm和弘=10cm,温度分别为tx = 200°C 和G=100°C,表面发射率均为0.8,如果忽略通过端部 边嫁和周围环境的辐射换热，试求单位长度套管间的辐 射换热量；如果在两个套管间插入另一个直径为厶= 7.5cm.同样长度的薄金属管3,其表面发射率为0