传热学重点题型讲解第九章 辐射换热计算大学课件

1Rcoscos2A2R22πxdxπ(R2x2)2A2R2D/2dx2(R2x2)201D/2R2kps)]Edλbλ0（9-23）gT4bg图9-27是由透明气体与CO组成的混合气体的发射率，总压b1b2b12二、封闭空腔诸黑表面间的辐射换热图9-3多个黑表面组成的空腔图9-4三个黑表面组成空腔1Rcoscos2A2R22πxdxπ(R2x2)2A2R2D/2dx2(R2x2)201D/2R2kps)]Edλbλ0（9-23）gT4bg图9-27是由透明气体与CO组成的混合气体的发射率，总压b1b2b12二、封闭空腔诸黑表面间的辐射换热图9-3多个黑表面组成的空腔图9-4三个黑表面组成空腔7ss,es1.7501017π(6436103)2csc1345W/m2（9-35）太阳辐射在大气dA2dA,dA112dAdA12dA2dA图9-1任意位置两非凹黑表面的辐射换热d2ΦdA1dA2dAdAb111dA2dA112dAdA12dAdAb2E12d2ΦdA1,dA2d2Φ1dA2d2ΦdAdA1d2Φ2dAdA（9-1）AAAAXdA,dAd2ΦdAdAdA1EdAb11XdA1,A2d2dAAdAd2ΦdAdAAdA11A21.气体的光谱吸收比和光谱发射率1λ,g1λ,g1λ,g2．气体的发射率图9-27二氧化碳（CO1.气体的光谱吸收比和光谱发射率1λ,g1λ,g1λ,g2．气体的发射率图9-27二氧化碳（CO）的85.6W/m2312J=G=E=T433b3b31/4b33b2.值解法8893.21/45.67g1水蒸气和二氧化碳的辐射和吸收光带表9-12．气体的辐射和吸收是在整个气体容积中进行。图9-25黑EXA3ΦEAEXA3ΦEAEXA03b33bjj,3j（a）（b）（c）j1EAb33T4b【讨论E)XA=（E－E）A=（T4-T4）AΦXAAA1XdAdAdA1AAΦ1A2dAdA2dAdAA1A111AA1AA12A2XA2AAXA,（9-2a）（9-2b）（9-3）图9-2辐射空间热阻Φ(EE)XA（9-4）EEXA图9-3多个黑表面组成的空腔图9-4三个黑表面组成空腔的辐射网络1Rcoscos2A2R22πxdxπ(R2x2)2A2R2D/2dx2(R2x2)201D/2R221122.其中一个表面为平面或凸表面的辐射换热A(EE)W1(1)122A>>A，且的数值较大=A(0.5×0.29－0.5×0.24)]/0.514一、气体辐射的特点气体透明固体第四节气体辐射1ga）Φ1JG11E1b1G11W/m2（b）Φ111A(EJ)1EJb111A11W（9-71Rcoscos2A2R22πxdxπ(R2x2)2A2R2D/2dx2(R2x2)201D/2R221122.其中一个表面为平面或凸表面的辐射换热A(EE)W1(1)122A>>A，且的数值较大=A(0.5×0.29－0.5×0.24)]/0.514一、气体辐射的特点气体透明固体第四节气体辐射1ga）Φ1JG11E1b1G11W/m2（b）Φ111A(EJ)1EJb111A11W（9-7）二、组XXnX（9-5）nn（9-6）E2TT1801.0W图9-5例9-1附图：将上式除以，按角系数定义，可得1XnEAE)XAnEXAnnEXAnEXA【例9-1】3ΦEAEXA3ΦEAEXA3ΦEAEXA0（a）（b）（c）EAT4b【讨论】EXAΦEAEAAC2XXXXXX0XAXAXAXAXXA1XA1,33XX1XEXAEXA0T4T4T4T33EXAEXAEXAEXAA(T4T4)-19两同轴平行圆盘间的角系数图9-20相互垂直两长方形表面间的角系数，r12R2x2，coscosTw()Tw4．射线平均行程sCA（9-28）射线平均行程表9-2四、气体与外壳间的辐射换热-19两同轴平行圆盘间的角系数图9-20相互垂直两长方形表面间的角系数，r12R2x2，coscosTw()Tw4．射线平均行程sCA（9-28）射线平均行程表9-2四、气体与外壳间的辐射换热q=气体g1水蒸气和二氧化碳的辐射和吸收光带表9-12．气体的辐射和吸收是在整个气体容积中进行。图9-25黑pk1p1（9-17a）（9-17b）（9-17c）3个非凹形表面XXA2,12XA＋XA=A2,3E Eb2RR A141AAAAA4π第二节灰表面间的辐射换热一、有效辐射图9-6有效辐射示意图图9-7辐射表面热阻G=E1GW/m2（a）Φ1JGAAEGW/m2（b）Φ111EJ1AW（9-7）JJ1XA3,230（a）0（b）0（c）【例9-4】X=X=0.38X=X=11,32,3A=A=3 (T4T4)132（1）（2）（3）稳态【例9-8】q43q1(T42112（4）第三节角系数的（EE）W（9-11JJ1XA3,230（a）0（b）0（c）【例9-4】X=X=0.38X=X=11,32,3A=A=3 (T4T4)132（1）（2）（3）稳态【例9-8】q43q1(T42112（4）第三节角系数的（EE）W（9-11）三、封闭空腔中诸灰表面间的辐射换热1.网络法求解图9-10三个灰表面组成封闭腔体、灰体、气体的辐射光谱和吸收光谱的比较1-黑体；2-灰体；3-气体（a）辐射光谱；（b）吸收光谱fA(EXb2A1A 1b1b21A1A图9-8两个灰表面组成封闭腔的辐射换热网络图9-9空腔与内包壁面间的辐射换热EE, WE)XA(EE)W112A=A=A，且X=X=1，(T4T4)W（9-9）1121A(EE)WA>>A，且的数值较大=A（EE）W（9-11）22EJ13A33JJ1XA121JJ1XA,JJ1XA3,13JJ1XA1,31JJ1XA2,3221122.其中一个表面为平面或凸表面的辐射换热A(EE)W1(1)122A>>A，且的数值较大=AEXA3ΦEAEXA3ΦEAEXA03b33bjj,3j（a）（b）（22EJ13A33JJ1XA121JJ1XA,JJ1XA3,13JJ1XA1,31JJ1XA2,3221122.其中一个表面为平面或凸表面的辐射换热A(EE)W1(1)122A>>A，且的数值较大=AEXA3ΦEAEXA3ΦEAEXA03b33bjj,3j（a）（b）（c）j1EAb33T4b【讨论（EE）W（9-11）三、封闭空腔中诸灰表面间的辐射换热1.网络法求解图9-10三个灰表面组成封闭腔23图9-10三个灰表面组成封闭腔辐射换热网络图9-11例9-4附图图9-12例题9-5附图节点2EJ1AEJ12AEJ13A1XA1XA,1XA1XA1XA1XA0（a）0（b）0（c）X=X=1A=A=(34)(12),32,(34)2,3所以=0.051(12)2X=[(1×0.2－1×0.15)－(0.5×0.29－0.5×0.24)]/0.514一、气体辐射的特点气体透明固体第四节气体辐射1gp(Ks)]Edλbλ0（9-34）T4b第五节太阳辐射图9-32大气层外缘及地面上的太阳辐射光谱图O和HO，其它多原子（9-26(34)(12),32,(34)2,3所以=0.051(12)2X=[(1×0.2－1×0.15)－(0.5×0.29－0.5×0.24)]/0.514一、气体辐射的特点气体透明固体第四节气体辐射1gp(Ks)]Edλbλ0（9-34）T4b第五节太阳辐射图9-32大气层外缘及地面上的太阳辐射光谱图O和HO，其它多原子（9-26）gCO2H2O2222223．气体的吸收比g图9-29CO的压强修正b 354427601220W114.1m2R2RE=20244W/2mE=3544W/2mRR1b11EE R 1＝12A1XA11XA1XA1流入每个节点的电流总和等于零EJb11EJET4TbEETTEJb31EJ0020244W/m2T45.6710850043544W/m25.671083004459W/m2J=5129W/m21Φ1Φ2EJ 11AEJ2AJ=2760W/m222024451291072W148WΦ3【例9-5】12R11A12A1XA5.3m29.3m2RR1XA5.7m2b2R=14.1+15.324.5m2RRR,202443544682WJ=G=E=T41)4(3)45.67()4()4100100Eb2RR(T4T4)4/π 1A1π41AA12AA223,133,233XA=XA1,212,121,313,13XA=XA2,323,23XA＋XA82W24.5R=20244－68214.1=10627.8W/m2R=3544＋6825.3=71TJAn1)4(3)45.67()4()4100100Eb2RR(T4T4)4/π 1A1π41AA12AA223,133,233XA=XA1,212,121,313,13XA=XA2,323,23XA＋XA82W24.5R=20244－68214.1=10627.8W/m2R=3544＋6825.3=71TJAn（9-12）（9-13）（9-14）T4（9-15）AGJXAEEb33b629K图9-13例9-6（ab）附图及其辐射换热网络nEAJXAnJXnJj1jnAJX jT4jJXJX 1JXJX 2JXJXJXJXJX11nT4112T4n(0.5×0.29－0.5×0.24)]/0.514一、气体辐射的特点气体透明固体第四节气体辐射1g1Rcoscos2A2R22πxdxπ(R2x2)2A2R2D/2dx2(R2x2)201D/2R2故2*又(0.5×0.29－0.5×0.24)]/0.514一、气体辐射的特点气体透明固体第四节气体辐射1g1Rcoscos2A2R22πxdxπ(R2x2)2A2R2D/2dx2(R2x2)201D/2R2故2*又HOHOHO可称为基准发2射率）。总压与分压对*影响的修正2值C可查图9-320。HO2HOi,jj1nj1ΦΦii,jj1Φibij1EAbiij1EXAbjj,ijj1【例9-1】3ΦEA9-16）132【例9-6】XXXXEJiA0.31、X0.15、X0.54、X0；3344J=440.45W/m2；J=382.69W/m2;44J=370.28W/m2；J=380.80W/m2。4Φ1EJ 11A1205WΦ4EJ4A图9-14遮热板原理图9-15两平行大平壁或管壁中间有一块遮热板时的辐射网络行大平壁或管壁中间有一块遮热板时的辐射网络图9-16例9-8附图q(T4T4)112(T4T4)11222（9-27）gCO2H2O0.65C*gCO2CO2CO2TwHO2C*HOHO220.45g-5】(Φ1Φ)(1072148)2R11A1112A221XA5.3m29.3m2R1,35.7m行大平壁或管壁中间有一块遮热板时的辐射网络图9-16例9-8附图q(T4T4)112(T4T4)11222（9-27）gCO2H2O0.65C*gCO2CO2CO2TwHO2C*HOHO220.45g-5】(Φ1Φ)(1072148)2R11A1112A221XA5.3m29.3m2R1,35.7mX0.25；2,22,32,43,23,33,40.3X0.1X0.5X0；4,24,34,410Jqq图9-16例9-8附图1(T4T4)1 1（2）（3）【例9-8】qT4T3q1qq 221（4）第三节角系数的确定方法图9-17确定角系数的积分方法示例X=10.38=0.621,20.32=0.283m21210.2 1＝X=10.38=0.621,20.32=0.283m21210.2 1＝A0.20.28311140－8（284)4380.810.60.620358.3W(吸热）图9-14遮热板原理图9-15两平222（9-27）gCO2H2O0.65C*gCO2CO2CO2TwHO2C*HOHO220.45g21,31b2R=14.1+15.324.5m2211RRR9.35.75.7,2024435446图9-18平行长方形表面间的角系数82W24.5R=20244－68214.1=10627.8W/m2R=3544＋6825.3=71尘粒，对太阳辐射起(34)(12),32,(34)2,3所以=0.051(12)2X=[(182W24.5R=20244－68214.1=10627.8W/m2R=3544＋6825.3=71尘粒，对太阳辐射起(34)(12),32,(34)2,3所以=0.051(12)2X=[(1×0.2－1×0.15)－23两个无限长相对表面间的角系数图9-24例9-9附图AXii,jAXjj,iXi,j1i=1，2，X12dAdA,A图9-19两同轴平行圆盘间的角系数图9-20相互垂直两长方形表面间的角系数1R2RR2x22A2A2R2D/2dx201D/2R2R2x20确定方法一、积分法确定角系数图9-17确定角系数的积分方法示例图9-18确定方法一、积分法确定角系数图9-17确定角系数的积分方法示例图9-18平行长方形表面间的角系数图90－8（284)4380.810.60.620358.3W(吸热）图9-14遮热板原理图9-15两平pk1p1（9-17a）（9-17b）（9-17c）3个非凹形表面XXA2,12XA＋XA=A2,3)(1AgAwT4(T4)(1)2(1w)(1)2(1T4A(T4T4)W]]W（9-29）（1）（D2D4R2D2图9-21分解性原理图9-22三个非凹表面组成的空腔图9-23两个无限长相对表面间的角系数的辐射网络图9-5例9-1附图：将上式除以ΦΦΦii,1i,2，按角系数定义，可得1Xi,1ΦΦ的辐射网络图9-5例9-1附图：将上式除以ΦΦΦii,1i,2，按角系数定义，可得1Xi,1ΦΦin)(1AgAwT4(T4)(1)2(1w)(1)2(1T4A(T4T4)W]]W（9-29）（1）（8（298)4440.4510.90.9201205WΦ4四、遮热板11EJb444A445.671A1,311XA2,3210.620.2835.7m2流入每个节点的电流总和等于零EJb1114.1nnm图9-24例9-9附图AXAXX1AXAX,AX1AXAXAXAXAX（9-17a）（9-17b）（9-17c）XXAXA＋XA=A＋XA=A＋XA=A（1）A＋XA=AXA=XAXA=XAXA=XA（2）XA=XA发射的热量－气体吸收的热量灰表面=。AT4[1(1AT4[1(1ΦAT4wgbgwΦT4bgg)(1)(1AgAwT4(T4)(1)2(1w)(1)2(1T4A(T4T4)W]]W（发射的热量－气体吸收的热量灰表面=。AT4[1(1AT4[1(1ΦAT4wgbgwΦT4bgg)(1)(1AgAwT4(T4)(1)2(1w)(1)2(1T4A(T4T4)W]]W（9-29）（1）（Aii,jii1JEjbjj)nJXi1 jT41bjjJ(XJX12,1JX1n,1 11)122X=10.38=0.621,20.32=0.283m21210.2 1＝A0.20.2831114 XA＋XA＋XA=（A＋A＋A）/2XA=（A＋A－AXA=（A＋A－A）/2XA=（A＋A－A）/2XA=（A＋A－A）/2【例9-9】AXXXXXXab,bdXAXA＋A－A2A1A＋A－A2A1A＋A－A2312A2AX（9-18）（4）（5）（9-19）[AXAX][AXAX]X=0.2；X=0.15；X=0.29；X=0.24。A=0.5m2；A=1m2A=0.5m2；A=1m2；A=0.5m2。11HO2（m）CO2故2*又HOHOHO可称为基准发2射率）。总压与分压对*影响的修正2值C可查图9-320。HO2HO222故2*又HOHOHO可称为基准发2射率）。总压与分压对*影响的修正2值C可查图9-320。HO2HO222（9-27）gCO2H2O0.65C*gCO2CO2CO2TwHO2C*HOHO220.45gg1水蒸气和二氧化碳的辐射和吸收光带表9-12．气体的辐射和吸收是在整个气体容积中进行。图9-25黑＋XA=（A＋A＋A）/22,322311,311321,21123X12X1,3X2,3Xab,asg图9-25黑体、灰体、气体的辐射光谱和吸收光谱的比较图9-26某波长射线穿过气体层时的减弱I,I （9-20a）（9-20b）111g1水蒸气和二氧化碳的辐射和吸收光带表9-12．气体的辐射和吸收是在整个气体容积中进行。图9-25g1水蒸气和二氧化碳的辐射和吸收光带表9-12．气体的辐射和吸收是在整个气体容积中进行。图9-25黑下的值（它时将2单独随p的变HOHOHO化外推到p=0得出2的。作为基准值，以便修正p构成2的影响，X0.25；2,22,32,43,23,33,40.3X0.1X0.5X0；4,24,34,410JR2x2024R2D2二、代数法确定角系数图9-21分解性原理图9-22三个非凹表面组成的空腔图9-29-33大气层外缘太阳辐射的示意图图9-34选择性吸收表面的光谱吸收比随波长的变化（a）理想情况；（体、灰体、气体的辐射光谱和吸收光谱的比较1-黑体；9-33大气层外缘太阳辐射的示意图图9-34选择性吸收表面的光谱吸收比随波长的变化（a）理想情况；（体、灰体、气体的辐射光谱和吸收光谱的比较1-黑体；2-灰体；3-气体（a）辐射光谱；（b）吸收光谱f)(1AgAwT4(T4)(1)2(1w)(1)2(1T4A(T4T4)W]]W（9-29）（1）（层中的减弱与以下因素有关：1.大气层中HO、CO、O对太阳辐射吸收作用2233.大气中的云层和较大的EE22EdEd00EgT4（9-22） gT4图9-27是由透明气体与CO组成的混合气体的发射率，总压力为COCO21.013×105Pa。当混合气体的总压力不是1.013×105Pa时，压强对*的1.013×105Pa。当混合气体的总压力不是1.013×105Pa时，压强对*的图9-28是不同pHOs及温度T下的O气体的发射率，由于水蒸汽分压力p还单独对发射2率有影响，所以图中查得的*相当于在总压力HOHO1.0132×105Pa，而p=0的理想条件下的值（它时将2单独随p的变HOHOHOHOHOHOHO2HO29-33大气层外缘太阳辐射的示意图图9-34选择性吸收表面的光谱吸收比随波长的变化（a）理想情况；（R2x2024R2D2二、代数法确定角系数图9-21分解性原理图9-22三个非凹表面组成的空腔图9-33大气层外缘太阳辐射的示意图图9-34选择性吸收表面的光谱吸收比随波长的变化（a）理想情况；（R2x2024R2D2二、代数法确定角系数图9-21分解性原理图9-22三个非凹表面组成的空腔图9-a）Φ1JG11E1b1G11W/m2（b）Φ111A(EJ)1EJb111A11W（9-7）二、组222（9-27）gCO2H2O0.65C*gCO2CO2CO2TwHO2C*HOHO220.45g2gHOHO2图9-30HO的压强修正图9-31CO和HO气体吸收光谱重叠的修正*HO2C*（9-25）HOHOHO考虑到燃烧产生的烟2气中主2要吸收的气体是CO和HO，其它多原子（9-26）存时，CO辐射的能量中有部分被HO所吸收，而HO辐射的能量也有部分23．气体的吸收比g图9-29CO的压强修正2222*HO2Cf(T,ps,p)*（9-25）HOHOHO考虑到燃烧产生的烟2气中主2要吸收的气体是C222（9-27）gCO2H2O0.65C*gCO2CO2CO2TwHO2C*HOHO220.45g33,33T4T4433EXAEXAEXAb11,11b22,12b33,13EXAA(T4T4)(尘粒，对太阳辐射起4Vmgwww2*HO2Cf(T,ps,p)*（9-25）HOHOHO考虑到燃烧产生的烟2气中主2要吸收的气体是C222（9-27）gCO2H2O