辐射换热计算讲义.ppt

1、辐射换热计算,1. 影响辐射换热的因素 2. 角系数的定义 表示表面发射出的辐射能中直接落到另一表面的百分数，如X1,2表示A1辐射能量中落到A2上的百分数，称为A1对A2的平均角系数,辐射换热计算,一、角系数,表面温度、 表面的几何特性 表面间的相对位置、表面的辐射性质,3. 角系数的性质 互换性： 完整性：n个面组成封闭的腔，即 分解性：两表面A1和A2，若把A1分解为A3 和A4，,华云教育整理 QQ5280901 ,根据能量守恒定律，A1发出的辐射能中到达A2+3 (A2+3= A2+ A3)的能量，等于A1发出的辐射能到达A2和A3的能量之和。,代数法求解角系数,代数法求解角系数,(

2、1) 完整性,(2) 互换性,二、黑表面间的辐射换热,1. 任意放置两非凹黑表面的辐射换热 整理为： 空间热阻：,2. 封闭空腔诸黑表面间的辐射换热,黑表面i与所有其他黑表面间的辐射换热,3个黑表面的辐射换热网路,3个黑表面的辐射换热网路,三、灰表面间的辐射换热,1. 有效辐射,1表面的净辐射能流,实际离开表面的辐射能流密度,对漫-灰表面，由于1=1，因此得,表面辐射热阻,2. 辐射表面热阻,黑体表面以辐射力Eb1作电位；灰体表面以有效辐射J1作电位，而把(1-1)/1A1比作Eb1与J1之间的表面辐射热阻； 黑体表面的表面热阻为零， J1 Eb1； 黑体的发射率为1。,说明,两表面辐射换热计

3、算式为,3. 组成封闭腔的两灰表面间的辐射换热,两无限大平行灰平壁,A1=A2=A，且X12=X21=1,X12=1,空腔与内包壁之间的辐射换热,三个以上平面组成封闭空腔，任意i灰表面的净辐射换热量为,任意i，j灰表面之间的辐射换热量为,4. 封闭空腔中诸灰表面间的辐射换热,网络节点法求解,三个辐射表面换热,基尔霍夫电流定律：流入每个节点的电流(相当于热流)总和为零，以此来确定各节点Ji,节点J1,节点J2,节点J3,联立求解得J1、J2、J3,绝热面 某表面为绝热面，其它面为灰表面,重辐射表面与黑体表面的区别，重辐射表面有效辐射J为节点而非源热势，是一浮动值，因为该表面温度并不独立，由其它表

4、面确定，且与发射率无关。,遮热板,减少表面间辐射换热的有效方法是采用高反射率的表面涂层，或在表面间加遮热板，这类措施称为辐射隔热。,当加入n块与壁面发射率相同的遮热板，则换热量将减少到原来的1/(n+1)； 遮热板层数越多，遮热效果越好。,无遮热板,有遮热板,四、气体辐射,1. 气体辐射的特点,各种气体在气体层厚度不大和温度不高时的辐射和吸收能力可以略去不计； 单原子气体和某些对称型双原子气体如O2，N2，H2等，它们的辐射和吸收能力也很微弱，可认为是透明体； 多原子气体CO2，H2O，SO2等有显著的辐射和吸收能力； 气体的辐射和吸收具有明显的选择性； 气体辐射和吸收在整个气体容器内进行，强

5、度逐渐减弱。,四、气体辐射,2. 气体吸收定律,遵从布格尔（Bouguer）定律,射线穿过气体层时，光谱辐射强度是按指数规律减弱的。,3.气体的发射率和吸收率,发射率是表面的辐射特性，吸收率是容积的辐射特性。,气体的单色吸收率和单色发射率 =0，则+=1,气体的发射率g,当气体中同时有CO2和H2O时,式中,考虑CO2和H2O吸收光带重合部分 的修正值,气体的吸收率g,气体不能视作灰体 不处于热平衡(TwTg),gg,基尔霍夫定律不适用,五、气体与外壳间的辐射换热,1. 外壳受热面为黑体,2. 外壳受热面为非黑体,辐射换热量,1. 太阳的特征与辐射能量的组成,2. 太阳常数Sc,当地球位于和太

6、阳的平均距离上，在大气层外缘并与太阳相垂直的单位表面所接受到的太阳辐射能为1353W/m2，该值称为太阳常数。,太阳表面温度5762K，,太阳辐射能量中99%集中在0.2m 3m的短波区，紫外线0.76m占48.3%,六、太阳辐射,3. 太阳辐射在大气层中的减弱,大气中存在CO2、H2O、O3、 O2以及尘埃等，对太阳射线有吸收、散射和发射作用，实际到达地面的辐射能，将小于太阳常数。太阳辐射在大气层中的减弱与以下因素有关：,1）大气层中空气分子对太阳辐射有吸收作用，且具有明显的选择性。 2）太阳辐射在大气层中遇到空气分子和微小尘埃会产生散射； 3）大气中的云层和较大尘埃对太阳辐射也有反射作用；

7、 4）与太阳辐射通过大气层的行程有关。,例题讲解,1. 面积为A2的空腔与面积为A1的内包小凸物1之间的角系数X21为（） A、1 B、 A1/A2 C、 A2/A1 D、2A2/A1,例题讲解,2. 两表面发射率均为的无限大平行平板，若在其间加入两个表面发射率的遮热板，则换热量减少为原来的（） A、1 /5 B、 1/4 C、 1/3 D、1/2,例题讲解,3. 在辐射换热系统中，若表面J=Eb或JEb,此表面不可能是（） A、黑体 B、 绝热面 C、 无限大表面 D、灰体,例题讲解,4. 等边三角形无限长柱孔，任意两相邻表面间的角系数为（） A、1/3 B、 1/4 C、 1/8 D、1/

8、2,例题讲解,5. 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,例题讲解,6. 某车间的辐射采暖板尺寸为2.0m1.0m，发射率为0.96，温度为127oC，车间墙面温度为13oC，不计辐射板背面及侧面的辐射作用，辐射板与车间墙间的辐射换热量为（）W/m2 A、28 B、 280 C、 206 D、 2058,例题讲解,7. 两平行大平板大平壁的发射率分别为0.5和0.8，在其中加入发射率为0.1的铝箔，则辐射换热为原辐射换热量的（） A、5.5% B、 6.8% C、 8.2% D、 10.6%,例题讲解,8. 两块平行放置的平板，板间距远

9、小于板面积，两板的发射率为0.8，温度分别为227oC和127oC,两板间的辐射热流密度为（）W/m2 A、1395 B、 90.5 C、 80.5 D、 1385,9. 板的发射辐射、板的有效辐射分别为（） A、2835 W 、3195W B、 2835 W/m2 、3195W/m2 C、120 W 、150W D、 120 W/m2 、150W/m2,例题讲解,11. 灰体的表面热阻与（）有关 A、表面粗糙度 B、 表面尺寸 C、表面材料 D、 表面位置,例题讲解,12. 角系数Xij表示表面辐射的辐射能直接落到另一个表面上的百分数，下列不适用的是（） A、漫灰表面 B、黑体表面 C、辐射

10、时各向均匀表面 D、定向辐射和定向反射表面,例题讲解,13. 关于气体辐射错误的是（） A、气体辐射可当作灰体计算 B、气体辐射对波长具有选择性 C、气体辐射和吸收在整个容积中进行 D、气体辐射强度的消弱遵循布格尔定律,例题讲解,14. 气体辐射换热中，一般常忽略不计的因素是（） 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,例题讲解,15. 太阳能集热器或太阳灶的表面常做成黑色的主要原因是（） A、黑色表面的辐射率较大 B、太阳能中最大辐射率处于可见光波长范围 C、黑色表面可最大限度吸收红外线辐射能 D、黑色表面有利于辐射换热,人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨