高教传热学第四

（优选）高教传热学第四版ppt讲解目前一页\总数五十一页\编于十三点本章重点内容重点内容：①角系数的定义及性质；

②辐射换热网络法计算表面间的辐射换热。

掌握内容：

①掌握形状较简单情形下表面间角系数的计算方法；②表面间辐射换热的计算。了解内容：了解气体辐射的特点。目前二页\总数五十一页\编于十三点作业9-6，9-8，9-18，9-23，9-28，9-35，

9-37，9-45，9-62，9-64目前三页\总数五十一页\编于十三点9-1角系数的定义、性质及计算一.角系数的定义1.两表面间的辐射换热量与两个表面间的相对位置有很大关系。表面相对位置的影响2.角系数的定义表面1发出的辐射能中落到表面2上的百分数3.讨论角系数时的假设（1）所研究的表面是漫射的；（2）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的4.角系数纯是几何因子，与表面温度及发射率无关目前四页\总数五十一页\编于十三点(1)相对性9-1角系数的定义、性质及计算二.角系数的性质微元表面间的辐射目前五页\总数五十一页\编于十三点9-1角系数的定义、性质及计算两黑体表面间的辐射换热两黑体间的辐射换热量当时，净辐射换热量为零，则有：目前六页\总数五十一页\编于十三点若表面n为非凹表面时，Xi,i=0。9-1角系数的定义、性质及计算(2)完整性角系数的完整性目前七页\总数五十一页\编于十三点9-1角系数的定义、性质及计算(3)可加性角系数可加性图示故有：如把表面2进一步分成若干小块，则有：？目前八页\总数五十一页\编于十三点直接积分法、代数分析法、几何分析法二.角系数的计算9-1角系数的定义、性质及计算1.计算方法：2.直接积分法

直接积分法图示目前九页\总数五十一页\编于十三点利用角系数的性质，通过求解代数方程获得角系数的方法9-1角系数的定义、性质及计算3.代数分析法：三个很长的非凹形表面组成的辐射系统目前十页\总数五十一页\编于十三点两个非凹表面及假想面组成的封闭系统9-1角系数的定义、性质及计算目前十一页\总数五十一页\编于十三点9-2被透明介质隔开的两固体表面间的辐射换热一.黑体表面间的辐射换热黑体系统的辐射换热目前十二页\总数五十一页\编于十三点（1）灰体表面的吸收比小于1，投入到灰体表面上的辐射能的吸收不是一次完成的，要经过多次反射（2）由一个灰体表面向外发射出去的辐射能除了其自身的辐射力外，还包括了被反射的辐射在内二.漫灰表面表面间的辐射换热9-2被透明介质隔开的两固体表面间的辐射换热1.漫灰表面辐射换热计算的复杂性目前十三页\总数五十一页\编于十三点3.两漫灰表面间的辐射换热9-2被透明介质隔开的两固体表面间的辐射换热有效辐射示意图2.几个概念（1）投入辐射G：单位时间投射到单位面积的总辐射能（2）有效辐射J：单位时间离开表面单位面积的总辐射能（3）G与J间的关系：目前十四页\总数五十一页\编于十三点根据下式及能量守恒有两个物体组成的辐射换热系统目前十五页\总数五十一页\编于十三点于是有：9-2被透明介质隔开的两固体表面间的辐射换热系统发射率：目前十六页\总数五十一页\编于十三点4.三种特殊情形(1)表面1为非凹表面，X1,2＝19-2被透明介质隔开的两固体表面间的辐射换热目前十七页\总数五十一页\编于十三点(2)空腔与内包小物体间的辐射换热：A1/A20(3)两无限大平行平板间的辐射换热：A1/A219-2被透明介质隔开的两固体表面间的辐射换热目前十八页\总数五十一页\编于十三点9-3多表面系统辐射换热的计算一．辐射热阻

表面热阻

空间热阻目前十九页\总数五十一页\编于十三点数值法：从分析任一表面的有效辐射入手进行辐射换热的计算。可用于多表面情况，适宜于用计算机进行求解。9-3多表面系统辐射换热的计算二．辐射换热的计算方法网络法：用电学中的电流、电位差和电阻比拟热辐射中的热流、热势差与热阻，用电路比拟辐射热流的传递路径。简明、直观注意：两种方法都离不开角系数的计算，所以，必须满足漫灰面、等温、物性均匀以及投射辐射均匀的四个条件。目前二十页\总数五十一页\编于十三点(1)网络法的应用举例两表面封闭系统辐射换热等效网络图9-3多表面系统辐射换热的计算三．辐射换热的网络法目前二十一页\总数五十一页\编于十三点(2)网络法的求解步骤9-3多表面系统辐射换热的计算三．辐射换热的网络法a.画出等效网络图由三个表面组成的封闭腔三表面封闭腔的等效网络图目前二十二页\总数五十一页\编于十三点b.列出节点的电流方程9-3多表面系统辐射换热的计算

目前二十三页\总数五十一页\编于十三点c.求解代数方程，得出节点电势J1、J2、J3d.确定每个表面的净辐射换热量9-3多表面系统辐射换热的计算目前二十四页\总数五十一页\编于十三点9-3多表面系统辐射换热的计算(3)三个特例a.有一个表面为黑体

表面3的净辐射换热量：代数方程简化为二元方程组

目前二十五页\总数五十一页\编于十三点9-3多表面系统辐射换热的计算(3)三个特例b.有一个表面绝热，即净辐射换热量为零

重辐射面目前二十六页\总数五十一页\编于十三点9-3多表面系统辐射换热的计算(3)三个特例c.有一个表面面积很大从而有为已知量设表面3的面积很大，则其表面热阻:这种情况与表面3为黑体的情况类似，计算方法相同

目前二十七页\总数五十一页\编于十三点9-3多表面系统辐射换热的计算四．辐射换热的数值法且对于漫灰表面有则目前二十八页\总数五十一页\编于十三点9-4辐射换热的强化与削弱一．强化与削弱辐射换热的方法1.强化辐射换热的方法：（1）增加换热表面的发射率2.削弱辐射换热的方法：（2）改变两表面的布置以增加角系数（2）在两辐射表面之间安插遮热板（1）减少表面发射率目前二十九页\总数五十一页\编于十三点9-4辐射换热的强化与削弱1.定义：指插入两个辐射换热表面之间以削弱辐射换热的薄板二．遮热板2.遮热板的工作原理：

遮热板目前三十页\总数五十一页\编于十三点9-4辐射换热的强化与削弱加遮热板前的辐射换热网络图加遮热板前

目前三十一页\总数五十一页\编于十三点9-4辐射换热的强化与削弱遮热板加遮热板后的辐射换热网络图若则目前三十二页\总数五十一页\编于十三点9-4辐射换热的强化与削弱3.遮热板在工程技术中的应用（1）汽轮机中用于减少内外套管间辐射换热。（2）遮热板用于储存液态气体的低温容器。目前三十三页\总数五十一页\编于十三点（3）遮热板用于超级隔热油管。（4）遮热板用于提高温度测量的准确度。9-4辐射换热的强化与削弱3.遮热板在工程技术中的应用目前三十四页\总数五十一页\编于十三点例题1如图所示，已知一微元圆盘与有限大圆盘（直径为D）相平行，两中心线之连线垂直于两圆盘，且长度为。试计算解：目前三十五页\总数五十一页\编于十三点例题1目前三十六页\总数五十一页\编于十三点例题2试证：对于附图所示的几何结构有圆柱表面及平面AB在垂直于纸面的方向上为无限长。解：BAECDO目前三十七页\总数五十一页\编于十三点例题2BAECDO则目前三十八页\总数五十一页\编于十三点在两块平行的黑体表面1、3之间置入一块透明平板2。板1、3的表面温度为已知，板2的温度维持在某个值，其发射率、反射比及透射比各为。试确定表面1单位面积上净辐射换热量的表达式。例题3解：板1板3板2板2的热平衡方程为：则表面1的净辐射换热量为：目前三十九页\总数五十一页\编于十三点例题4两个面积相等的黑体被置于一绝热的包壳中，假定两黑体的温度分别为与，且相对位置是任意的，试画出该辐射换热系统的网络图，并导出绝热包壳表面温度的表达式。解：因为且所以又所以

目前四十页\总数五十一页\编于十三点

对节点3，有则而所以所以例题4目前四十一页\总数五十一页\编于十三点例题5在一块厚金属板上钻了一个直径为cm的不穿透的小孔，孔深cm，如附图所示。设孔的表面是发射率为0.6的漫射体，整个金属块处于500℃的温度下，试确定从孔口向外界辐射的能量解法一：Hd在小孔的出口处补充一圆形表面，且假设圆形表面为黑表面，温度为0K，设补充表面为1表面，小孔内表面为2表面目前四十二页\总数五十一页\编于十三点例题5

W

目前四十三页\总数五十一页\编于十三点例题5解法二：以表面2为研究对象，则所以则从小孔辐射出去的能量为：目前四十四页\总数五十一页\编于十三点例题6有一水平放置的正方形太阳能集热器，边长为1.1m，吸热表面的发射率，对大阳能的吸收比。当太阳的投入辐射W/m2时，测得集热器吸热表面的温度为90℃。此时环境温度为30℃。天空可视为23K的黑体。试确定此集热器的效率。设吸热表面直接暴露于空气中，其上无夹层（集热器效率定义为集热器所吸收的太阳辐射能与太阳投入辐射之比)。

解：集热器所吸收的太阳能为：集热器有效利用的太阳能为集热器所吸收的太阳能扣除自然对流和辐射换热损失W目前四十五页\总数五十一页\编于十三点℃定性温度例题6W查表得空气的物性为：W/(m.K)m2/s定性长度则W/(m2.K)WW％

目前四十六页\总数五十一页\编于十三点例题7用单层遮热罩抽气式热电偶测量一设备中的气流温度。已知设备内壁温度为90℃，热接点与遮热罩表面的发射率均为0.6，气体对热接点及遮热罩的表面传热系数分别为40W/(m2.K)及25W/(m2.K)。当气流真实温度℃时，热电偶的指示值为多少?解：设热电偶为表面1，遮热罩为表面2。以遮热罩为研究对象，则其得热量为：失热量为：得热量中的第二项相对于第一项是很小的，可忽略不计目前四十七页\总数五十一页\编于十三点则遮热罩的热平衡方程为：例题7采用试算法可得℃以热电偶为研究对象，则其得热量为：失热量为：则热电偶的热平衡方程为：采用试算法可得℃目前四十八页\总数五十一页\编于十三点例题8如附图所示，两薄平板A、B被置于一绝热的空间内，并位于同一平面上，面积分别为，其4个表面的发射率分别为。今设法使板A、B分别维持在恒定温度，试画出这一辐射换热系统的网络图，并列出计算板A、B间净辐射换热量的表达式。目前四十九页\总数五十一页\编于十三点解：例题8目前五十页\总数五十一页\编于十三点例题9煤粉炉炉膛中的水冷壁管常因其表面结渣而使传热过程受到削弱。为估计结渣、结灰的影响采用以下简化的模型：外径为mm的水冷壁管内部发生流动沸腾过程