公用设备工程师-专业基础（暖通空调、动力）-传热学-2.9辐射换热计算

公用设备工程师-专业基础（暖通空调、动力）-传热学-2.9辐射换热计算[单选题]1.冬季里在中央空调供暖的空房间内将一支温度计裸露在空气中，那么温度计的读数()。[2005年真题]（江南博哥）A.高于空气温度B.低于空气的温度C.等于空气的温度D.不确定正确答案：B参考解析：温度计不仅与室内空气进行对流换热，还要与比室温低的内墙壁、外窗之间进行辐射换热。因此，温度计损失的热量大于温度计获得的热量，使得温度计的读数低于空气的温度。[单选题]2.辐射传热过程中，与辐射表面热阻和空间热阻无关的是()。[2019年真题]A.表面材料种类及理化处理B.表面几何形状和相对位置C.表面粗糙度和机械加工D.比热容及热导率正确答案：D参考解析：表面辐射热阻的公式为：R＝（1－ε1）/（ε1A1）。式中，ε为发射率；A为面积。空间热阻的公式为：R＝1/（X1，2A1）。式中，X1，2为角系数。AC项，表面材料种类及理化处理和表面粗糙度和机械加工影响材料的发射率；B项，表面几何形状和相对位置影响换热面积和角系数；D项，比热容及热导率与辐射表面热阻和空间热阻无关。[单选题]3.削弱表面辐射传热的最有效方法是()。[2017年真题]A.表面抛光或镀银，使反射率增大B.表面涂油漆，使热阻增大C.使表面形状粗糙D.表面设置对流抑制部件，减少对流换热正确答案：A参考解析：A项，表面抛光或镀银，使反射率增大，是削弱表面辐射传热的最有效方法；B项，表面涂油漆使热阻增大，主要是减少了导热传热，不是削弱表面辐射传热的最有效方法；C项，使表面形状粗糙主要是增强了对流换热；D项，表面设置对流抑制部件，主要减少对流换热，不是削弱表面辐射传热的最有效方法。[单选题]5.计算灰体表面间的辐射传热时，通常需要计算某个表面的冷热量损失q，若已知黑体辐射力为Eb，有效辐射为J，投入辐射为G，正确的计算式是()。[2007年真题]A.q＝Eb－GB.q＝Eb－JC.q＝J－GD.q＝Eb－G正确答案：C参考解析：ε为发射率，α为吸收率，ρ为反射率，对于灰表面，α＋ρ＝1。如图2-9-1所示，对于灰体表面辐射传热，单位时间内离开单位面积的总辐射能为该表面的有效辐射J，它包括了自身的发射辐射εEb和反射辐射ρG，即J＝εEb＋ρG＝εEb＋（1－α）G。灰表面每单位面积的辐射换热量（冷热量损失），从表面外部观察，是该表面的有效辐射与外来的投射辐射之差；从内部观察，则是其本身辐射与吸收辐射之差。因此，灰体表面的辐射换热关系式为：q＝J－G＝εEb－αG。图2-9-1灰体表面有效辐射[单选题]6.如图2-9-2中的正方形截面的长通道，表面1对表面2的角系数为()。[2006年真题]图2-9-2A.1/3B.0.3C.0.707D.0.414正确答案：D参考解析：如图2-9-3，正方形截面的长通道可以看成是断面为正方形的无限长柱体，上下面间的角系数可以直接用两个无限长相对表面的角系数公式为：X1，2＝（交叉线之和－不交叉线之和）/表面A1的断面长度的2倍＝[（l1＋l2）－（l3＋l4）]/（2×l）取正方形边长为1，代入上式得：。图2-9-3[单选题]7.如图2-9-4所示，二维表面（假设垂直于纸面为无限长）a对b辐射的角系数Xa，b和c对b的角系数Xc，b之间的关系为()。[2018年真题]图2-9-4A.Xa，b＝Xc，bB.Xa，b＜Xc，bC.Xa，b＞Xc，bD.不确定正确答案：C参考解析：Xb，a·Ab＝Xb，c·Ab，根据互换性Xi，j·Ai＝Xj，a·Aj，则Xb，a·Ab＝Xa，b·Aa，Xb，c·Ab＝Xc，b·Ac，Xa，b·Aa＝Xc，b·Ac。因为Aa＜Ab，则Xa，b＞Xc，b。[单选题]8.如图2-9-5所示，1是边长为R的正三角形，2是半径为R的圆，图中2的自身辐射角系数X2，2等于()。[2010年真题]图2-9-5A.1.0B.0.52C.0.48D.0.05正确答案：B参考解析：由角系数的完整性可得：X1，1＋X1，2＝1，X2，1＋X2，2＝1。而X1，1＝0，则X1，2＝1。由角系数的互换性可得：X1，2A1＝X2，1A2。则X2，1＝X1，2A1/A2＝1×（3R）/（2πR）＝0.48，X2，2＝1－X2，1＝1－0.48＝0.52。[单选题]9.角系数Xi，j表示一表面辐射的辐射能中直接落到另外一个表面上的百分数，其中不适用的是()。[2011年真题]A.漫灰表面B.黑体表面C.辐射时各向均匀表面D.定向辐射和定向反射表面正确答案：D参考解析：角系数Xi，j表示表面向半球空间辐射的辐射能中直接落到另外一个表面上的百分数，不是在某个方向上。因此，角系数Xi，j对定向辐射和定向反射表面不适用。[单选题]10.两个平行的无限大灰体表面1和2，温度分别为T1和T2，发射率均为0.8。若在中间平行插入一块极薄的、发射率为0.4的金属板，则表面1和2之间的换热量变为原来的()。[2009年真题]A.50%B.27%C.18%D.9%正确答案：B参考解析：由题意可知，发射率ε1＝ε2＝0.8，则两平行无限大平壁表面1和2之间的单位面积换热量Φ1为：加入遮热板后表面1和2之间的单位面积换热量Φ2为：则Φ2/Φ1＝3/11＝0.27，即表面1和2之间的换热量变为原来的27%。[单选题]11.二块温度分别为500K和300K的灰体平板，中间插入一块灰体遮热板，设板的发射率均为0.85，则最终遮热板的温度为()。[2013年真题]A.467KB.433KC.400KD.350K正确答案：B参考解析：如果在灰体间加设发射率相同的n块遮热板，则其辐射换热量将减少到原来的1/（n＋1）。此题在两块平板中间插入一块发射率相同的遮热板，表面的辐射换热量将减少到原来的1/2。所以可列式为：σb（T14－T4）/（2/ε－1）＝[σb（T14－T24）/（2/ε－1）]/2。式中，T为遮热板温度；σb为黑体辐射常数，σb＝5.67×10－8W/（m2·K）；ε为发射率；T<sub>1、T2为两平板温度。由题意可得，发射率ε＝0.85，平板温度T<sub>1＝500K，T2＝300K，则σb（5004－T4）/（2/0.85－1）＝[σb（5004－3004）/（2/0.85－1）]/2。解得，遮热板温度T＝433K。[单选题]12.混合气体发射率εg或吸收率αg具有复杂的特性，下列说法中不正确的是()。[2016年真题]A.不同成分气体辐射可以相互吸收或重合B.发射率和吸收率可以直接取各成分数值之和C.某些成分之间辐射和吸收互不相干D.不同成分气体吸收可以相互重合或干扰正确答案：B参考解析：由于不同成分气体辐射可以相互吸收或结合，这样就使混合气体的辐射能量比单种气体分别辐射的能量总和要少一些，所以混合气体的发射率和吸收率除取各分数值之和外，还要减去吸光带有部分重叠的修正值。[单选题]13.关于气体辐射的论述中，错误的是()。[2008年真题]A.气体的辐射和吸收过程是在整个容积中完成的B.二氧化碳吸收辐射能量时，对波长有选择性C.气体的发射率与压力有关D.气体可以看成是灰体，因此其吸收率等于发射率正确答案：D参考解析：AB两项，气体辐射和固体辐射相比，具有以下特点：①气体的辐射和吸收具有明显的选择性，它只在某些波长区内（称为光带）具有辐射和吸收能力，故对光带以外的波段，可认为它是透明体；②气体的辐射和吸收在整个容积中进行，所以，气体辐射与气体的形状和容积有关，在论及此类问题时，除其他条件外，尚须说明气体的形状和容积大小。CD两项，气体的单色发射率和单色吸收率为：式中，p为气体分压力，Pa；kλ为105Pa气压下单色减弱系数，1/（m·Pa），它与气体性质及其温度有关。因此气体的发射率与压力有关，气体的单色发射率等于单色吸收率，但气体不能看成是灰体。[单选题]14.大气层能够阻止地面绝大部分热辐射进入外空间，由此产生温室效应，其主要原因是()。[2014年真题]A.大气中的CO2等多原子气体B.大气中的N2C.大气中的O2D.大气中的灰尘正确答案：A参考解析：温室气体有吸收长波不吸收短波的特性，大气层能使太阳短波辐射到达地面，但地表受热后向外放出的大量长波热辐射线却被大气中的温室气体吸收，这样就使地表与低温大气层的温度升高，地球便类似于栽培农作物的温室，故名“温室效应”。大气中的温室气体有二氧化碳、氯氟烃、甲烷等，其中以二氧化碳为主。[单选题]15.因二氧化碳等气体造成的温室效应会使地球表面温度升高而引起自然灾害。二氧化碳等气体产生温室效应的原因是()。[2009年真题]A.吸收光谱是不连续的B.发射光谱是不连续的C.对红外辐射的透射率低D.对红外辐射的透射率高正确答案：C参考解析：地球周围的大气层对地面有保温作用，大气层能让大部分太阳辐射透过到地面，而地面辐射中95%以上的能量分布在红外波段，它们被大气层中二氧化碳等气体吸收。对于气体，可认为气体对热射线几乎没有反射能力，即反射率ρ＝0，则有α＋τ＝1，吸收率α大，则透射率τ低。气体减少了地面对太空的辐射，即不同波段辐射能量的透射率低，吸收率高的特性导致大气层的温室效应。所以，二氧化碳等气体产生温室效应的原因是对红外辐射的透射率低。[单选题]16.气体辐射换热过程中，一般常忽略不计的因素是()。[2012年真题]A.辐射换热波段B.气体成分C.容积几何特征D.气体分子的散射和衍射正确答案：D参考解析：气体辐射对波长具有强烈的选择性，只在某些光带内具有辐射和吸收特性。对于不同的气体，辐射换热能力也不同，只有多原子气体或不对称的双原子气体才具有辐射特性。气体的辐射在整个气体容器中进行，受容器壁反射和吸收的影响。此外气体辐射与气体内部特征有关，而气体分子的散射和衍射传递的能量，相对于辐射换热量来说可以忽略不计。[单选题]17.太阳能集热器或太阳灶的表面常做成黑颜色的主要原因是()。[2012年真题]A.黑色表面的辐射率较大，ε≈1B.太阳能中的最大辐射率处于可见光波长范围C.黑色表面可以最大限度吸收红外线辐射能D.黑色表面有利于辐射换热正确答案：B参考解析：A项，太阳能集热器或太阳灶的表面常做成黑颜色主要原因是提高表面的吸收率，尽可能使表面吸收率α≈1，对于大多数固体表面可近似为灰漫体，则辐射率ε＝α≈1。B项，太阳能中的最大辐射率集中在0.2～3um，可见光波长范围一般介0.36μm～0.76μm之间。C项，黑色表面对可见光范围内的吸收比接近于1，而对于红外线范围吸收比接近于0。D项，辐射换热是指净换热量，做成黑颜色主要是为了提高表面吸收率，发射出去的辐射量小。[单选题]18.面积为A2的空腔2与面积为A1的内包小凸物1之间的角系数X2，1为()。A.1B.A1/A2C.A2/A1D.2A1/A2正确答案：B参考解析：根据角系数互换性X1，2A1＝X2，1A2，X2，1＝X1，2A1/A2。又因为角系数完整性即X1，2＋X1，1＝1，X1，1＝0，则X1，2＝1。因此，X2，1＝A1/A2。[单选题]19.等边三角形无限长柱孔，任意两相邻表面之间的角系数为()。A.1/3B.1/4C.1/8D.1/2正确答案：D参考解析：相邻两表面1、2间的角系数为：X1，2＝（l1＋l2－l3）/（2l1）。当断面为等边三角形，则边长l1＝l2＝l3＝l。等边三角形无限长柱孔，任意两相临表面之间的角系数的表达式形式相同，因此任意两相邻表面之间的角系数为：X1，2＝X1，3＝X2，3＝（l1＋l2－l3）/（2l1）＝1/2。[单选题]20.空间辐射热阻与()无关。A.表面粗糙度B.表面尺寸C.表面形状D.表面间的相对位置正确答案：A参考解析：空间辐射热阻表达式为：R＝1/（Xi，jAi）。因此，空间辐射热阻R与表面积Ai和角系数Xi，j有关，而表面积Ai取决于表面尺寸，角系数Xi，j取决于表面形状和表面间的相对位置。因此，空间辐射热阻与表面尺寸、表面形状和表面间的相对位置有关，与表面粗糙度无关。[单选题]21.两表面发射率均为δ的无限大平行平板，若在其间加入两个表面发射率也为δ的遮热板，则换热量减少为原来的()。A.1/5B.1/4C.1/3D.1/2正确答案：C参考解析：当加入n块与壁面发射率相同的遮热板时，换热量将减少到原来的1/（n＋1）。本题加入两块发射率相同的遮热板，n＝2，则换热量减少到原来的1/3。[单选题]22.两平行表面温度为100℃和50℃，两表面发射率相同均为0.9，当表面尺寸远大于平面距离时，则通过单位面积平面的辐射换热量为()。A.393W/m2B.339W/m2C.432W/m2D.423W/m2正确答案：A参考解析：两表面之间的辐射换热量公式为：式中，Eb1、Eb2为两板的黑体辐射力；ε1、ε2为两板的表面发射率；X12为表面1对表面2的角系数；A1、A2为两板面积。由于表面尺寸远大于空气层厚度，则两平行表面的面积关系为：A1＝A2。根据角系数的完整性X12＋X11＝1，X11＝0，则X12＝1。黑体辐射力Eb的公式为：Eb1＝σbT14，Eb2＝σbT24。式中，σb为黑体的辐射常数，σb＝5.67×10－8W/（m2·K4）；T1、T2sub>为两板的绝对温度。代入公式可以得到：q12＝5.67×10－8×[（100＋273）4－（50＋273）4]/[（1－0.9）/0.9＋1＋（1－0.9）/0.9]＝393W/m2。[单选题]23.有一空气层，热表面温度为300℃，发射率为0.5，冷表面温度为100℃，发射率为0.8。当表面尺寸远大于空气层厚度时，求两表面之间的辐射换热量()W/m2。A.2229B.22290C.202D.2020正确答案：A参考解析：两表面之间的辐射换热量公式为：式中，Eb1、Eb2为两板的黑体辐射力；ε1、ε2为两板的表面发射率；X12为表面1对表面2的角系数；A1、A2为两板面积。由于表面尺寸远大于空气层厚度，则两平行表面的面积关系为：A1＝A2。根据角系数的完整性X12＋X11＝1，X11＝0，则X12＝1。黑体辐射力Eb的公式为：Eb1＝σbT14，Eb2＝σbT24。式中，σb为黑体的辐射常数，σb＝5.67×10－8W/（m2·K4）；T1、T2sub>为两板的绝对温度。将数据代入公式可以得到：q12＝5.67×10－8×[（300＋273）4－（100＋273）4]/[（1－0.5）/0.5＋1＋（1－0.8）/0.8]＝2229W/m2。[单选题]24.两块平行放置的平板，板间距远小于板的面积，两板的表面发射率均为0.8，温度分别为227℃和127℃。两板辐射换热的热流密度为()W/m2。A.1395B.90.5C.80.5D.1385正确答案：A参考解析：两板辐射换热的热流密度q12的公式为：式中，Eb1、Eb2为两板的黑体辐射力；ε1、ε2为两板的表面发射率；X12为表面1对表面2的角系数；A1、A2为两板面积。由于两板平行放置且板间距远小于板的面积，则可认为A1＝A2。根据角系数的完整性X12＋X11＝1，X11＝0，则X12＝1。黑体辐射力Eb的公式为：Eb1＝σbT14，Eb2＝σbT24。式中，σb为黑体的辐射常数，σb＝5.67×10－8W/（m2·K4）；T1、T2sub>为两板的绝对温度。代入公式可得：q12＝5.67×10－8×（5004－4004）/[（1－0.8）/0.8＋1＋