传热学--辐射传热的计算

1、传 热 学第9章 辐射传热的计算第章 辐射传热的计算内容要求掌握辐射传热的角系数；两外表封闭系统的辐射传热；多外表系统的辐射传热；辐射传热的控制；综合传热问题分析。9.1 辐射传热的角系数假设 进行辐射换热的物体外表之间是 不参与辐射换热的介质或真空； 参与辐射换热的物体外表为漫射灰体 或黑体外表； 每个物体的温度，辐射特性及 投入辐射分布均匀。 角系数 1. 角系数的定义 外表1对外表2的角系数： 外表2对外表1的角系数：或：几何量 角系数的性质1. 非自见面的角系数等于0。2. 角系数的相对性根据角系数的定义：则有：3. 角系数的完整性封闭空腔中： 或： 两表面组成封闭空腔： 多外表组成封

2、闭空腔：4. 角系数的可加性 求解：组合面A1+2对面A3的辐射角系数。分析根据角系数的完整性：即是：又由角系数的相对性：因此： 9.1.3 角系数的计算1. 两面封闭系统 两平行大平面： 两个面都是自见面： 有一个面为非自见面： 主要方法有：积分法；代数法；图解法解：根据角系数的完整性：举例确定：又由角系数的相对性：由：得：得：举例确定：由：解：得：举例确定：A3解：作辅助面A3非自见面：则：由角系数的相对性：得：同理：2. 三个非凹外表组成封闭系统举例确定：角系数解：根据非自见面的角系数为0：可求：3. 交叉线法确定表面A1，A2的角系数。分析辅助线解：封闭空腔 abcd 中 :封闭空腔

3、abc ，abd中 :因此：9.2 两外表封闭系统的辐射换热 1. 任意位置的两黑体外表。两黑体外表间的净辐射换热量：或：空间辐射热阻9.2.1 黑体外表间的辐射换热 2. 多个黑体组成的封闭空腔。 外表1对其它外表的辐射换热：或： 第i个黑体表面的辐射换热量：9.2.2 漫灰外表间的辐射换热 1. 有效辐射设有一漫灰外表A，=。 与外表A 有关的能量有： 投入辐射 G 吸收辐射G 反射辐射G 自身辐射辐射力E =Eb 有效辐射 J或： 合成辐射净辐射热流或：两式联立，消去G，且=。表面辐射热阻 对黑体表面：得：9.2.3 两漫灰外表间的辐射换热1. 两漫灰外表构成封闭空腔，且T1T2：分析

4、因此 A1 和 A2 的净辐射热量：即是：黑体A3同时 A1 的净辐射热量： A2 的净辐射热量： 换热系统热平衡时：将(a),(b),(c)相加，消去J1，J2得：A3或：系统黑度 两漫灰外表间的辐射换热网络图 系统黑度：减少散热保温瓶的夹层（银，铝薄层）强化换热电气设备（黑度大油漆）2. 两漫灰外表间辐射换热的几种简化形式： A1面为非自见面：由：得： 两个无限大平板间辐射换热：由：得： 两外表相差很大大房间内小物体的辐射换热得：由9.3 多外表系统的辐射换热 辐射换热网络求解法： 应用有效辐射的概念，将辐射换热系统模拟 成相应的电路系统，借助于电学中基尔霍夫电流 定律求解该系统的辐射换热

5、问题。9.3.1 两漫灰外表间的辐射换热网络图9.3.2 多外表封闭系统网络法求解的实施步骤1. 画出等效的网络图。 三个漫灰外表构成的封闭空腔中的辐射换热 原那么：注入每个节点的热流之和为零列出 各节点有效辐射的关系式。节点J1：节点J2：节点J3：2. 列出节点的电流方程。 三个外表温度T1, T2, T3；以及 A1, A2, A3, 1, 2, 3, X1,2, X1,3, X2,3。 确定每个外表的有效辐射J1, J2, J3和 净辐射热量1, 2, 3。例如3. 求解代数方程组，计算各外表的有效辐射。4. 计算每个外表的净辐射传热量。9.3.3 三外表封闭系统的两种特殊情形1. 有

6、一个外表为黑体外表 求解时分别列出3个节点的有效辐射方程式2. 具有重辐射面的封闭空腔中的辐射换热： 重辐射面：辐射绝热面，净辐射热流为0。两块平行放置的钢板之间的距离与其长和宽 相比，可以忽略不计，它们的温度分别 为t1=527，t2=27，发射率为1=2=0.8。试计算：1板1的自身辐射；2板1的有效辐射；3板1的投入辐射；4板1的反射辐射； 5板1，2的净辐射换热量。例题9.5 辐射传热的控制9.5.1 控制物体外表间辐射传热的方法两漫灰外表间的辐射换热网络图控制表面热阻控制空间热阻例如1. 控制外表热阻 假设强化换热，应减少各串联环节 中的最大热阻项。 改变外表积。 改变外表发射率。有

7、：若：增大外表A1面积两表面相差很大时（大房间内小物体的辐射换热）例如电气设备强化散热：涂上发射率大（黑度大） 的油漆（涂层）。 例如2. 控制空间热阻 改变面积A。 改变角系数。如何削弱物体外表 之间的辐射换热 采用反射率高的外表； 采用遮热板。9.5.2 遮热板的原理 1. 遮热板的作用： 在整个辐射换热中净辐射换热量 为0。即遮热板即不向原系统放出 热量，也不从中吸收热量，只是在 热流通路中增大了原系统的热阻， 使换热表面之间的辐射换热受到阻碍。 ：两个大平板A1, A2，温度T1, T2， 发射率1,2， 中间放置遮热板T3 (T3 =T3) ,3 = 3 分析：无，有遮热板时辐射换热量的变化。1无遮热板时：2. 分析有无遮热板时辐射换热量的变化2有遮热板时简化考虑：可求：且：结论 加1块发射率与平板相同的遮热板后， 加n块发射率与平板相同的遮热板后， 工程中选用反射率高，发射率