传热学第七章课件chapter8.ppt

华北电力大学华北电力大学第八章第八章 辐射换热的计算辐射换热的计算 在了解了物体辐射和吸收特性的基础上，这在了解了物体辐射和吸收特性的基础上，这一章将介绍物体间辐射换热的计算方法首先介一章将介绍物体间辐射换热的计算方法首先介绍辐射换热中一个重要的几何因子绍辐射换热中一个重要的几何因子——角系数角系数，然，然后是后是两个和多个表面所组成系统的辐射换热计算两个和多个表面所组成系统的辐射换热计算方法，最后是方法，最后是烟气的辐射特性烟气的辐射特性和和烟气与壳体间的烟气与壳体间的辐射换热辐射换热计算传热学传热学 Heat Transfer华北电力大学华北电力大学§8-1 角系数的定义、性质和计算角系数的定义、性质和计算一、角系数的定义一、角系数的定义Ø两个表面的辐射换热量两个表面的辐射换热量与两个表面之间的相对与两个表面之间的相对位置有很大关系位置有很大关系定义定义：表面：表面1 1发出的辐射发出的辐射能中落到表面能中落到表面2 2上的百分上的百分数数, ,称为表面称为表面1 1对表面对表面2 2的的角系数角系数, ,记为记为X X1,21,2 表面表面1 1表面表面2 2传热学传热学 Heat Transfer华北电力大学华北电力大学二、角系数的性质二、角系数的性质 研究如图示中微元面研究如图示中微元面d dA A1 1到另一个微元面到另一个微元面d dA A2 2的的角系数，根据定义得：角系数，根据定义得：1 1、角系数的相对性、角系数的相对性传热学传热学 Heat Transfer华北电力大学华北电力大学 在几个表面组成的封在几个表面组成的封闭系统中，任一个表面闭系统中，任一个表面对封闭腔各个表面的角对封闭腔各个表面的角系数之和等于系数之和等于1 1。

2 2、角系数的、角系数的完整性完整性传热学传热学 Heat Transfer华北电力大学华北电力大学3 3、角系数的可加性、角系数的可加性传热学传热学 Heat Transfer华北电力大学华北电力大学三、角系数的计算三、角系数的计算1 1、直接积分法、直接积分法传热学传热学 Heat Transfer华北电力大学华北电力大学 工程上已将大量几何结构角系数的求解结工程上已将大量几何结构角系数的求解结果绘制成图线，本书中给出了部分代表性的果绘制成图线，本书中给出了部分代表性的图，使用中注意对数坐标的特点图，使用中注意对数坐标的特点2 2、查图法、查图法传热学传热学 Heat Transfer华北电力大学华北电力大学3 3、、代数法代数法 利用角系数的相对性、完整性及可加性来获得利用角系数的相对性、完整性及可加性来获得角系数的方法角系数的方法12表面表面1 1表面表面2 2传热学传热学 Heat Transfer华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat Transfer华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat Transfer华北电力大学华北电力大学§8-2 两固体表面间的辐射换热两固体表面间的辐射换热一、黑体表面间的辐射换热计算一、黑体表面间的辐射换热计算 空间辐射热阻空间辐射热阻表面表面1 1表面表面2 2传热学传热学 Heat Transfer华北电力大学华北电力大学二、有效辐射二、有效辐射 单位时间离开单位面单位时间离开单位面积的总辐射能为有效辐积的总辐射能为有效辐射，记为射，记为J J 。

物体表面与外间的辐物体表面与外间的辐射换热量与有效辐射射换热量与有效辐射J J 之间的关系：之间的关系：表面辐射热阻表面辐射热阻传热学传热学 Heat Transfer华北电力大学华北电力大学 采用有效辐射的概念，任意两个表面的辐射换采用有效辐射的概念，任意两个表面的辐射换热量可表示成：热量可表示成：三、两个漫灰表面组成封闭系统的辐射换热三、两个漫灰表面组成封闭系统的辐射换热若是两个表面组成封闭若是两个表面组成封闭系统，则：系统，则： 称为系统黑度称为系统黑度 传热学传热学 Heat Transfer华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat Transfer华北电力大学华北电力大学§8-3 多表面系统辐射换热的计算多表面系统辐射换热的计算 在多表面系统中，一个表面的净辐射换热量是在多表面系统中，一个表面的净辐射换热量是与其余各表面分别换热的换热量之和与其余各表面分别换热的换热量之和 对于多表面系统可采对于多表面系统可采用用网络法网络法或或数值方法数值方法来来计算每一表面的净辐射计算每一表面的净辐射换热量在此主要介绍换热量。

在此主要介绍网络法传热学传热学 Heat Transfer华北电力大学华北电力大学一、网络法的基本步骤一、网络法的基本步骤1 1、画出等效的网络图、画出等效的网络图以三个表面组成的封闭以三个表面组成的封闭系统为例：系统为例：传热学传热学 Heat Transfer华北电力大学华北电力大学2 2、列出节点的电流方程、列出节点的电流方程上面三个表面组成的封闭系统中节点上面三个表面组成的封闭系统中节点J J1 1的方程为：的方程为：传热学传热学 Heat Transfer华北电力大学华北电力大学3、求解由各节点方程组成的方程组，得到、求解由各节点方程组成的方程组，得到J1、、J2等等4 4、确定每个表面的净辐射换热量或任意两个表面、确定每个表面的净辐射换热量或任意两个表面间的辐射换热量间的辐射换热量传热学传热学 Heat Transfer华北电力大学华北电力大学关于黑体表面的说明：关于黑体表面的说明：ü请同学自己画出由四个表面组成封闭系统的辐请同学自己画出由四个表面组成封闭系统的辐射换热网络图射换热网络图因此有：因此有：传热学传热学 Heat Transfer华北电力大学华北电力大学二、重辐射面二、重辐射面 辐射换热系统中，净辐射换热量为零（绝热）辐射换热系统中，净辐射换热量为零（绝热）的表面称为重辐射面。

的表面称为重辐射面Ø与黑体表面情况的区别，重辐射面的温度是待定的与黑体表面情况的区别，重辐射面的温度是待定的传热学传热学 Heat Transfer华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat Transfer华北电力大学华北电力大学§8-4 辐射换热的强化与削弱辐射换热的强化与削弱一、辐射换热的强化一、辐射换热的强化（（1 1）增加换热面的发射率；）增加换热面的发射率；（（2 2）改变两表面的相对位置，提高角系数改变两表面的相对位置，提高角系数传热学传热学 Heat Transfer华北电力大学华北电力大学二、辐射换热的削弱二、辐射换热的削弱——遮热板遮热板 下面以两块靠得很近的大平壁间的辐射换热下面以两块靠得很近的大平壁间的辐射换热为例来说明遮热板的工作原理为例来说明遮热板的工作原理传热学传热学 Heat Transfer华北电力大学华北电力大学 遮热板通常采用表面反射率高、发射率小的遮热板通常采用表面反射率高、发射率小的材料，如表面高度抛光的薄铝板等材料，如表面高度抛光的薄铝板等 为了增加隔热保温的效果，通常还在多层遮为了增加隔热保温的效果，通常还在多层遮热板中间抽真空，将导热和对流换热减少到最低热板中间抽真空，将导热和对流换热减少到最低限度。

限度 典型的遮热板应用情况，如：航天器的多层典型的遮热板应用情况，如：航天器的多层真空舱壁、低温技术中的多层隔热容器以及测温真空舱壁、低温技术中的多层隔热容器以及测温技术中测温元件的遮热罩等技术中测温元件的遮热罩等传热学传热学 Heat Transfer华北电力大学华北电力大学热电偶测温过程的分析和抽气式遮热罩的应用热电偶测温过程的分析和抽气式遮热罩的应用测温误差测温误差传热学传热学 Heat Transfer华北电力大学华北电力大学抽气式热电偶遮热罩的示意图抽气式热电偶遮热罩的示意图传热学传热学 Heat Transfer华北电力大学华北电力大学§8-5 气体辐射气体辐射一、辐射性气体一、辐射性气体 在工业上常见的温度范围内，氧、氮、氢等分在工业上常见的温度范围内，氧、氮、氢等分子结构对称的双原子气体，可以认为是热辐射的透子结构对称的双原子气体，可以认为是热辐射的透明体 辐射性气体主要有：辐射性气体主要有：二氧化碳、水蒸气二氧化碳、水蒸气、二氧、二氧化硫、甲烷、氟里昂等三原子、多原子及结构不化硫、甲烷、氟里昂等三原子、多原子及结构不对称的双原子气体（一氧化碳）。

对称的双原子气体（一氧化碳）传热学传热学 Heat Transfer华北电力大学华北电力大学二、气体辐射的特点二、气体辐射的特点辐射性气体只在某些特定波段具有辐射和吸收本领辐射性气体只在某些特定波段具有辐射和吸收本领CO2的主要辐射光带：的主要辐射光带：1 1、对波长的选择性、对波长的选择性H2O的主要辐射光带：的主要辐射光带：传热学传热学 Heat Transfer华北电力大学华北电力大学H2O的主要辐射光带的主要辐射光带CO2的主要辐射光带的主要辐射光带传热学传热学 Heat Transfer华北电力大学华北电力大学2 2、容积性、容积性 投射到气体层界面上的辐射能要在辐射行程中投射到气体层界面上的辐射能要在辐射行程中逐渐被吸收，同时，界面上所感受到的辐射为整个逐渐被吸收，同时，界面上所感受到的辐射为整个容积的总辐射容积的总辐射传热学传热学 Heat Transfer华北电力大学华北电力大学 因此，气体的吸收和发射与辐射在气体中穿行的距离因此，气体的吸收和发射与辐射在气体中穿行的距离长短（通常叫行程）以及气体分子的密度有直接关系长短（通常叫行程）以及气体分子的密度有直接关系。

而气体的密度则取决于它的温度和分压力而气体的密度则取决于它的温度和分压力三、贝尔三、贝尔(beer)(beer)定律定律贝尔定律给出了光谱辐贝尔定律给出了光谱辐射强度在吸收性气体中射强度在吸收性气体中传播时的衰减规律传播时的衰减规律为光谱减弱系数，为光谱减弱系数，s s 为辐射层厚度为辐射层厚度传热学传热学 Heat Transfer华北电力大学华北电力大学四、平均射线行程四、平均射线行程 从不同方向到表面的射线行程各从不同方向到表面的射线行程各不相同，为此用当量半球的半径作为不相同，为此用当量半球的半径作为平均射线行程，用平均射线行程，用 s s 表示几种典型几何容积的几种典型几何容积的 s s 见表见表9-39-3对任意几何形状的情况，可按下式计算：对任意几何形状的情况，可按下式计算：V 气体容积，气体容积，m3A 包壁面积，包壁面积，m2传热学传热学 Heat Transfer华北电力大学华北电力大学五、气体的发射率和吸收比五、气体的发射率和吸收比 正是厚度为正是厚度为s s的气的气体层的单色穿透比，所以体层的单色穿透比，所以根据基尔霍夫定律，还可以得到光谱发射率等于根据基尔霍夫定律，还可以得到光谱发射率等于光谱吸收比光谱吸收比传热学传热学 Heat Transfer华北电力大学华北电力大学本章作业本章作业8-29、、8-35、、8-45、、8-62（第三版）（第三版）9-29、、9-35、、9-45、、9-62（第四版）（第四版）传热学传热学 Heat Transfer。