哈工大传热学第9章热辐射基本定律20-22

1、第第9章章 辐射辐射换换热计算热计算哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学 张承虎张承虎2013 / 05 / 19内容安排 作业：P223-225 题号：6、11、15、16、21、27、38、35内容安排 共3讲，6学时 第20讲 空间热阻与网络图 第21讲 表面热阻与辐射换热方程组 第22讲 角系数求解与气体辐射内容安排（1）角系数的物理意义（2）空间热阻与网络图（1）发射率与表面热阻（2）封闭空腔的辐射换热方程组（1）角系数的特性与求解计算（2）气体辐射的特点与影响因素1 本讲的主要内容安排与介绍本讲的主要内容安排与介绍第20讲 空间热阻与网络图1本讲内容本讲内容：（1）角系数的概念与特点（2）

2、空间热阻的概念（3）封闭空腔模型与网络图（4）黑体辐射计算2.1 两非凹表面见的辐射换热两非凹表面见的辐射换热第18讲 基本概念与基本定律2角系数1表面与2表面均是非凹黑体表面，温度均匀d11dA2dA2L1212ABCD1 2112 1bdFEdA d221 2112cosbdAdFEdAL221 21112coscosbdAdFIdAL12121 212coscosbdA dAdFIL112121 22coscosbEdA dAdFL2 1?dF2.1 两非凹表面见的辐射换热两非凹表面见的辐射换热第18讲 基本概念与基本定律2角系数1表面与2表面均是非凹黑体表面，温度均匀1212ABCD1

3、 21 2BDACFdF 121121 2122coscosbA AEFdA dAL 121211221 2111coscosbA AbEdA dALFFEA 121 21212122111coscosA AFdA dAXFAL 角系数1?F 1 21?FF2.2 角系数的物理意义与特点角系数的物理意义与特点第18讲 基本概念与基本定律2角系数12121212211coscosA AXdA dAAL 角系数：【1】角系数表面1辐射的能量落到表面2上的百分比（不论是不是被全部吸收）。无单位1 21121112bFF XEA X【2】角系数纯几何量，即只要2表面的形状和位置固定，则角系数确定，与表

4、面的温度、发射率、吸收率无关2.2 角系数的物理意义与特点角系数的物理意义与特点第18讲 基本概念与基本定律2角系数12121212211coscosA AXdA dAAL 角系数：【3】角系数一个四重积分。计算角系数的基本方法【4】角系数互换性。12122112221coscosA AXdA dAAL 1212121212122coscosA AXAXAdA dAL 2.2 角系数的物理意义与特点角系数的物理意义与特点第18讲 基本概念与基本定律2角系数12121212211coscosA AXdA dAAL 角系数：【5】角系数【6】虽然角系数是纯几何量，与表面特性无关，但是角系数用于辐射

5、计算，要求：111100XX非凹表面凹表面bE（1）漫灰表面即 、 与 、 无关（2）表面温度均匀一致与位置无关自身的辐射照射到自己身上3 空间热阻的概念及其计算空间热阻的概念及其计算第18讲 基本概念与基本定律3空间热阻微元净换热量：d11dA2dA2L112121 22coscosbEdA dAdFL212122 12coscosbEdA dAdFL12121 2122coscosbbdA dAdEEL12121 2122coscosbbdA dAEEL=？3 空间热阻的概念及其计算空间热阻的概念及其计算第18讲 基本概念与基本定律3空间热阻12121 2122coscosbbdA dAE

6、EL1212ABCD121212XAXA12121 212121211bbbbEEEEXAXA1 212121bbEEXA空间热阻：2121212111msRXAXA空间热阻：由于能量没有被全部接受而造成的损失，相当于传热阻力3 空间热阻的概念及其计算空间热阻的概念及其计算第18讲 基本概念与基本定律3空间热阻1212ABCD12121 212121211bbbbEEEEXAXA注意：热压 Eb 有方向2121212111msRXAXA3 空间热阻的概念及其计算空间热阻的概念及其计算热阻热阻热压热压热流热流平壁圆筒壁对流辐射第18讲 基本概念与基本定律3空间热阻2om CWo12Cwwtt2W

7、maqo211m Cln2Wddo12CwwttWmlq2o1 m CWhoCfwtt2Wmaq212111mX A122WmbbEEW4.1 封闭空腔模型的概念封闭空腔模型的概念第18讲 基本概念与基本定律4封闭空腔模型封闭空腔模型：封闭空腔模型：辐射计算的基本方法。参与辐射换热的表面与虚拟的环境表面构成封闭空腔需确定环境虚拟表面的辐射特性和温度（1）不封闭：加虚拟表面（2）表面不一定为平面，可凸可凹（3）表面之间不一定接触（环）（4）表面之间不一定连续，按温度和发射率、吸收率划分4.2 封闭空腔特点与角系数完整性封闭空腔特点与角系数完整性第18讲 基本概念与基本定律4封闭空腔模型,1,2,

8、1niiii ni jjFFFFFiFiF(1)含, i iF,1,2,11niii ni jjXXXX(2)含, i iX,1niijj ijjFFXA (3),111,nnbibjii jjji jiEEXA A、黑体封闭空腔辐射换热计算角系数的完整性iFB、,ii j与意义不同C、真正关心的是i4.3 封闭空腔特点的网络图封闭空腔特点的网络图第18讲 基本概念与基本定律4封闭空腔模型（1）2个表面的辐射换热网络图（2）3个表面的辐射换热网络图画出辐射换热网络图基尔霍夫电流、电压定律（3）4个表面？（4）n个表面？5.1 无限大平行平壁（黑体）无限大平行平壁（黑体）第18讲 基本概念与基本

9、定律5黑体辐射计算例如窗玻璃12341,2?X44121,212121bbbEEATTA 3,2?X33,13,23,4 3,4?X4443333123122222bbbbAAEEETTT 5.2 2个黑表面的封闭空腔个黑表面的封闭空腔第18讲 基本概念与基本定律5黑体辐射计算1,2?X?11,2 121? ?1,31,21?XX?22,1 2? 1235.3 2个不接触黑表面的封闭空腔个不接触黑表面的封闭空腔第18讲 基本概念与基本定律5黑体辐射计算1,2?X?11,2 1? ?22,1 2? 125.4 含绝热面的封闭空腔含绝热面的封闭空腔（3）温度的确定方法：先计算热压 ， 再由 计算温

10、度第18讲 基本概念与基本定律5黑体辐射计算,00ii j 但，断路P229例9-1绝热面的重要特点：（1）E（2）温度浮动而不确定，介于最高与最低之间4biET（4）重辐射面，相当于全反射面。（5）参与辐射换热，对换热系统有深刻影响。5.4 含绝热面的封闭空腔含绝热面的封闭空腔第18讲 基本概念与基本定律5黑体辐射计算无限长半圆管（二维问题）3表面为绝热面（5）辐射网络图（标注热阻） 1,21?X123 2,12?X 2,33?X 2,24?X6本讲小结角系数角系数 角系数的物理意义角系数的物理意义 对称性（互换性）对称性（互换性） 完整性完整性空间热阻空间热阻 空间热阻的物理意义空间热阻的

11、物理意义 空间热阻对应的热压与热流空间热阻对应的热压与热流 空间热阻的额计算空间热阻的额计算封闭空腔模型封闭空腔模型 封闭空腔的意义封闭空腔的意义 黑体空腔的辐射换热计算公式黑体空腔的辐射换热计算公式 辐射网络图辐射网络图第20讲 基本概念与基本定律思考题1 角系数的定义、性质、计算方法(特别是代数分析法)和适用条件2 能量守恒的分析方法在两固体表面间辐射换热的应用3 系统黑度的计算公式及三种特殊情形的处理4 热网络法的基本思路、计算过程、热网络图5 重辐射面的性质、影响辐射换热的形式及其温度的求解方法，以及重辐射面与黑表面的区别6 辐射换热的强化与削弱应该考虑的因素及其作用过程，特别是热辐射挡板7 气体辐射的特点：光谱依赖特性和容积辐射特性思考题1 气体辐射的衰减规律及其计算公式、气体的吸收系数和发射率2 投入辐射、有效辐射、系统黑度、热势差、表面辐射热阻、空间辐射热阻、衰减系数、射线程长3 角系数的定义及性质.4 两维表面间角系数的计算方法 (代数分析法, 图表法).5 多层无限大灰体平板间的辐射换热计算方法.6 有效辐射的概念及如何应用在灰体辐射计算中.7 一个灰体和大空间之间辐射换