化学工程与工艺专业英语eighth

第八章辐射换热的计算两个外表之间的辐射换热量与两个外表之间的相对位置有很大关系§8-1角系数的定义、性质及计算图8-1外表相对位置的影响a图中两外表无限接近，相互间的换热量最大；b图中两外表位于同一平面上，相互间的辐射换热量为零。由图可以看出，两个外表间的相对位置不同时，一个外表发出而落到另一个外表上的辐射能的百分数随之而异，从而影响到换热量。一.角系数的定义角系数是进展辐射换热计算时空间热组的主要组成部分。定义：把外表1发出的辐射能中落到外表2上的百分数称为外表1对外表2的角系数，记为X1,2。同理，外表1发出的辐射能中落到外表2上的百分数称为外表1对外表2的角系数，记为X2,1二.角系数的性质研讨角系数的性质是用代数法〔代数分析法〕求解角系数的前提：假定：〔1〕所研讨的外表是漫射的〔2〕在所研讨外表的不同地点上向外发射的辐射热流密度是均匀的1、角系数的相对性一个微元外表到另一个微元外表的角系数(1)图8-2两微元面间的辐射同理：整理〔1〕、〔2〕式得：(2)(3)两微元外表角系数的相对性表达式：〔2〕两个有限大小外表之间角系数的相对性当时，净辐射换热量为零，即那么有限大小外表间角系数的相对性的表达式：(4)2、角系数的完好性对于由几个外表组成的封锁系统，据能量守衡原理，从任何一个外表发射出的辐射能必全部落到封锁系统的个外表上。因此，任何一个外表对封锁腔各外表的角系数之间存在以下关系：(5)图8-3角系数的完好性上式称为角系数的完好性。注：假设外表1为非凹外表时，X1,1=0；假设外表1为凹外表，3、角系数的可加性如图8-4所示从外表1上发出而落到外表2上的总能量，等于落到外表2上各部分的辐射能之和，于是有如把外表2进一步分成假设干小块，那么有(6)图8-4角系数的可加性留意，利用角系数可加性时，只需对角系数符号中第二个角码是可加的，对角系数符号中的第一个角码那么不存在类似的关系。从外表2上发出而落到外表1上的辐射能，等于从外表2的各部分发出而落到外表1上的辐射能之和，于是有角系数的上述特性可以用来求解许多情况下两外表间的角系数值(7)(8)三、角系数的计算方法

直接积分法代数分析法几何分析法求解角系数的方法1、直接积分法按角系数的根本定义经过求解多重积分而获得角系数的方法如下图的两个有限大小的面积，可以得到微元面积对的角系数为上式积分可得即2、代数分析法利用角系数的相对性、完好性及可加性，经过求解代数方程而获得角系数的方法称为代数分析法。(1)三个非凹外表组成的封锁系统图8-5三个非凹外表组成的封锁系统由角系数完好性由角系数相对性上述方程解得：由于垂直纸面方向的长度一样，那么有：(2)恣意两个非凹外表间的角系数如下图外表和假定在垂直于纸面的方向上外表的长度是无限延伸的，只需封锁系统才干运用角系数的完好性，为此作辅助线ac和bd，与ab、cd一同构成封锁腔。图8-6两个非凹外表及假想面组成的封锁系统根据角系数的完好性：上述方法又被称为交叉线法。留意：这里所谓的交叉线和不交叉线都是指虚拟面断面的线，或者说是辅助线。例题8-1，求以下图形中的角系数解：解：解：解：解：注：利用这样的分析方法，扩展线图的运用，可以得出很多几何构造简单的角系数例题8-2：求图中1、4两个外表之间的角系数一、两黑体外表组成的封锁腔间的辐射换热计算如图8-7所示，黑外表1和2之间的辐射换热量为§8-2被透明介质隔开的两固体外表间的辐射换热图8-7黑体系统的辐射换热〔2〕有效辐射：单位时间内分开单位面积的总辐射能为该外表的有效辐射，记为J。外表的反射比，可表示成有效辐射包括本身射辐射E投入辐射被反射辐射的部分1、有效辐射〔1〕投入辐射：单位时间内投射到单位面积上的总辐射能，记为G。二、两漫灰外表组成的封锁系统的辐射换热计算图8-8有效辐射表示图调查外表温度均匀、外表辐射特性为常数的外表1〔如图8-8所示〕。根据有效辐射的定义，外表1的有效辐射有如下表达式：在外表外能感遭到的外表辐射就是有效辐射，它也是用辐射探测仪能丈量到的单位外表积上的辐射功率。从外表1外部来察看，其能量收支差额应等于有效辐射与投入辐射之差，即从外表内部察看，该外表与外界的辐射换热量应为：上两式联立，消去G1，得到J与外表净辐射换热量之间的关系:留意：式中的各个量均是对同一外表而言的，而且以向外界的净放热量为正值。2、两灰外表组成的封锁腔的辐射换热图8-9两个物体组成的辐射换热系统下面来分析两个等温漫灰外表封锁系统内的辐射换热情况。如图8-9所示，两个外表的净换热量为根据下式及能量守恒有(a)(b)(c)(d)将(b)、(c)、(d)代入(a)得图8-10两封锁外表间的辐射换热网络图假设以为计算面积，上式可改写为：定义系统黑度(或称为系统发射率)三种特殊情形(1)外表1为凸面或平面，此时，X1,2＝1，于是(2)外表积A1比外表积A2小得多，即A1/A20于是(3)外表积A1与外表积A2相当，即A1/A21于是(1)两平行平壁间的辐射换热且举例(2)空腔与内包壁间的辐射换热假设，且较大，如车间内的采暖板、热力管道，测温传感器等都属于此种情况讨论练习：某房间吊装一水银温度计读数为15，知温度计头部发射率〔黑度〕为0.9，头部与室内空气间的对流换热系数为20，墙外表温度为10，求该温度计的丈量误差。如何减小丈量误差？℃℃℃知，，，求测温误差？解：据有效辐射的计算式或〔8-18〕1.势差与热阻§8-3多外表系统辐射换热的计算又据两个外表的净换热量为由此得到〔8-19〕将式〔8-18〕、〔8-19〕与电学中的欧姆定律相比可见：换热量相当于电流强度；或相当于电势差；而及那么相当于电阻，分别称为辐射换热外表的外表辐射热阻及空间辐射热阻。相当于电源电势，而那么相当于节点电压。那么两个辐射热阻的等效电路如下图：〔a〕外表辐射热阻〔b〕空间辐射热阻利用上述两个单元格电路，可以容易地画出组成封锁系统的两个灰体外表间辐射换热的等效网络，如下图。根据等效网络，可以立刻写出换热量计算式：两外表封锁系统辐射换热等效网络图这种把辐射热阻比较成等效的电阻从而经过等校的网络图来求解辐射换热的方法成为辐射换热的网络法。运用网络法求解多外表封锁系统辐射换热问题的步骤：〔1〕画出等效的网络图。〔2〕列出节点的电流方程〔3〕求解上述代数方程得出节点电势。〔4〕按公式确定每一个表面的净辐射换热量。2.网络法的运用举例以图〔a〕所示的三外表的辐射换热问题为例画出图〔b〕的等效网络图(a)由三个外表组成的封锁系统(b)三外表封锁腔的等效网络图a有一个外表为黑体。黑体的外表热阻为零。其网络图见图8-14a。b有一个外表绝热，即该外表的净换热量为零。其网络图见图8-14b和8-14c，3.两个重要特例三外表系统的两个特例§8-4辐射换热的强化与减弱强化辐射换热的主要途径有两种：添加发射率；添加角系数。减弱辐射换热的主要途径有三种：降低发射率；降低角系数；参与遮热板。所谓遮热板，是指插入两个辐射换热外表之间以减弱辐射换热的薄板，其实插入遮热板相当于降低了外表发射率。本节主要讨论这种减弱辐射换热的方式。为了阐明遮热板的任务原理，我们来分析在平行平板之间插入一块薄金属板所引起的辐射换热的变化:稳态时有:可见，与没有遮热板时相比，辐射换热量减小了一半。辐射外表和金属板的温度、吸收比如下图。为讨论方便，设平板和金属薄板都是灰体，并且遮热板§8-5气体辐射本节将简要引见气体辐射的特点、换热过程及其处置方法。在工程中常见的温度范围内，和具有很强的吸收和发射热辐射的身手，而其他的气体那么较弱，这也是本节采用这两种气体作为例子的缘由。1气体辐射的特点(1)气体辐射对波长具有选择性。它只在某谱带内具有发射和吸收辐射的身手，而对于其他谱带那么呈现透明形状。如图8-16所示。(2)气体的辐射和吸收是在整个容积中进展的，因此，气体的发射率和吸收比还与容器的外形和容积大小有关。和的主要吸收谱带光谱辐射穿过气体层时的衰减2气体辐射的衰减规律当热辐射进入吸收性气体层时，因沿途被气体吸收而衰减。为了调查辐射在气体内的衰减规律，如图8-17所示，我们假设投射到气体界面x=0处的光谱辐射强度为，经过一段间隔x后，该辐射变为。再经过微元气体层dx后，其衰减量为。实际上曾经证明，与行程dx成正比，设比例系数为，那么有式中，负号表示吸收，为光谱衰减系数，m-1，它取决于其体的种类、密度和波长。对上式进展积分可得即Beer定律式中，s是辐射经过的路程长度，常称之为射线程长。从上式可知，热辐射在气体内呈指数规律衰减。3气体辐射的光谱吸收比、光谱发射率Beer公式可以写为光谱穿透比对于气体，反射率为零，于是有根据Kirchhoff定律，光谱发射率为4气体的发射率1〕确定气体的发射率2〕利用计算气体的发射辐射。与射线程长关s系亲密，而s取决于气体容积的外形和尺寸。如图8-18所示。3〕为了使射线程长均匀，人们引入了当量半球的概念，其半径就是等效的射线程长，见图8-19所示。典型几何容积的气体对整个包壁的平均射线程长列于表8-1中。在短少资料的情况下，恣意几个外形气体对整个包壁的平均射线程长可按下式计算：式中，V为气体容积，m3；A为包壁面积，m2。图8-18气体对不同地域的辐射图8-19半球内气体对球心的辐射除了与s有关外，还与气体的温度和气体得分压力有关，于是我们有如下关系利用上面的关系，可以采用实验获得，图8-20给出了