可以辐射和吸收热射线的波长范围优秀PPT.ppt

第九章第九章 辐射换热计算辐射换热计算主要内容：漫射灰表面间的辐射换热计主要内容：漫射灰表面间的辐射换热计算；辐射热阻及辐射换热热阻网络图；算；辐射热阻及辐射换热热阻网络图；气体辐射与辐射换热；火焰辐射；太阳气体辐射与辐射换热；火焰辐射；太阳辐射。辐射。第一节第一节第一节第一节 黑表面间的辐射换热黑表面间的辐射换热黑表面间的辐射换热黑表面间的辐射换热1.两表面两表面间间的的辐辐射射换热换热1).辐辐射射换热换热量的量的计计算：算：微元面之微元面之间间总热总热交交换换量量2).2).角系数：辐射能投射百分数即某表面放射辐射能中达到另一角系数：辐射能投射百分数即某表面放射辐射能中达到另一角系数：辐射能投射百分数即某表面放射辐射能中达到另一角系数：辐射能投射百分数即某表面放射辐射能中达到另一表面的百分数。表面的百分数。表面的百分数。表面的百分数。微元面之微元面之间间的角系数的角系数互互换换性关系性关系两表面之两表面之间间的角系数的角系数互互换换性关系性关系思索：思索：思索：思索：试试试试依据角系数的定依据角系数的定依据角系数的定依据角系数的定义义义义确定如下确定如下确定如下确定如下图图图图形的角系数形的角系数形的角系数形的角系数表面2表面1表面2表面1角系数值取决于表面的形态、大小和相对位置角系数值取决于表面的形态、大小和相对位置角系数值取决于表面的形态、大小和相对位置角系数值取决于表面的形态、大小和相对位置3).3).辐射空间热阻辐射空间热阻辐射空间热阻辐射空间热阻由角系数的定义可得，两黑表面间的辐射换热计算式为：由角系数的定义可得，两黑表面间的辐射换热计算式为：辐辐射射换热热组换热热组网网络单络单元元图图 辐辐射射换热换热空空间热间热阻阻 2.封闭空腔内的辐射换热封闭空腔内的辐射换热 换热量计算换热量计算目的目的:获得到任意表面与其他各表面间的总换热量获得到任意表面与其他各表面间的总换热量即任即任意表面的净失热量。意表面的净失热量。角系数的完整性角系数的完整性角系数的完整性角系数的完整性任一表面任一表面对对封封闭闭空腔其他表面空腔其他表面辐辐射角系数之和射角系数之和为为1，即，即散热量计算表达式简化为散热量计算表达式简化为 辐射换热网络法辐射换热网络法辐射换热网络法辐射换热网络法辐射换热计算中，借助辐射换热网络图，可获得清晰的分析求辐射换热计算中，借助辐射换热网络图，可获得清晰的分析求解思路。下面通过算例介绍辐射换热网络法的原理与应用。解思路。下面通过算例介绍辐射换热网络法的原理与应用。算例算例：条件如：条件如图图，计计算算辐辐射射换热换热量量解解：画：画辐辐射射换热换热网网络图络图如如图图a).3表面绝热，表面绝热，=0，的大小类似于电路中浮点电位的大的大小类似于电路中浮点电位的大小，说明小，说明3表面的温度由热平衡确定。表面的温度由热平衡确定。分析：分析：分析：分析：b).1、2表面相互不行见，角系数为零，无干脆辐射热交换。表面相互不行见，角系数为零，无干脆辐射热交换。c).简化后为一简洁串联辐射换热网络图。简化后为一简洁串联辐射换热网络图。计算：计算：d).其次节其次节其次节其次节 灰表面间的辐射换热灰表面间的辐射换热灰表面间的辐射换热灰表面间的辐射换热1.有效辐射有效辐射定义定义：表面本身辐射和反射辐射：表面本身辐射和反射辐射之和为有效辐射之和为有效辐射J辐射换热辐射换热表面热阻表面热阻虚拟表面虚拟表面黑体黑体实际表面实际表面表面热阻表面热阻2.2.两表面间的辐射换热两表面间的辐射换热两表面间的辐射换热两表面间的辐射换热 随意位置随意位置 若已知有效若已知有效辐辐射，可按两黑射，可按两黑体表面之体表面之间间的的辐辐射射换热换热量量计计算算公式公式计计算两虚算两虚拟拟表面之表面之间间的的辐辐射射换热为换热为 组成封闭空腔组成封闭空腔组成封闭空腔组成封闭空腔封封闭闭空腔的两表面有如空腔的两表面有如图图所示等若干种形式，均可用共同的所示等若干种形式，均可用共同的辐辐射射换热换热网网络图络图表示表示212121换热量计算为换热量计算为换热量计算为换热量计算为推推论论一：两无限大平行灰平壁的一：两无限大平行灰平壁的辐辐射射换热换热推推论论二：大空腔与内包壁之二：大空腔与内包壁之间间的的辐辐射射换热换热3.3.多表面封闭空腔内的辐射换热多表面封闭空腔内的辐射换热多表面封闭空腔内的辐射换热多表面封闭空腔内的辐射换热213以三个表面以三个表面为为例，已知例，已知、几何参数及第一、几何参数及第一类边类边界条件界条件绘绘制网制网络图络图。据已知条件，可求各表面。据已知条件，可求各表面热热阻、空阻、空间热间热阻及表阻及表面面热势热势列节点能量守恒关系式求有效热势列节点能量守恒关系式求有效热势列节点能量守恒关系式求有效热势列节点能量守恒关系式求有效热势 即三个未知数、三个即三个未知数、三个节节点方程式，解点方程式，解节节点方程点方程组组可求出可求出进进一步可求出表面一步可求出表面净辐净辐射射换热换热量量4.4.遮热板遮热板遮热板遮热板 以平行平板之以平行平板之间间的的辐辐射射换热为换热为例，两表面例，两表面干脆干脆辐辐射射时时加入遮加入遮热热板后板后热热阻阻换热换热量量 遮遮热热板数量板数量换热换热量量 表面黑度表面黑度 换热换热量量 分析：分析：第三节第三节第三节第三节 角系数的确定方法角系数的确定方法角系数的确定方法角系数的确定方法1.积积分法确定角系数分法确定角系数常将典型的数常将典型的数值积值积分分结结果制果制成成线图线图，如右，如右图图。详见详见教科教科书书p232-234 2.代数法确定角系数代数法确定角系数角系数的三个特性：角系数的三个特性：（前面已学（前面已学习习）完整性完整性（前面已学（前面已学习习）互互换换性性角系数分解性原理角系数分解性原理角系数分解性原理角系数分解性原理两种典型状况：分解放射面和分解投射面。两种典型状况：分解放射面和分解投射面。简洁简洁示例如示例如图图情况情况(b)：分解投射面：分解投射面 情况情况(a)：分解：分解发发射面射面代数法确定角系数举例代数法确定角系数举例代数法确定角系数举例代数法确定角系数举例123例一例一：三表面组成的分闭空腔，用代数法计算角系数的值。：三表面组成的分闭空腔，用代数法计算角系数的值。互换性互换性完整性完整性六个未知数，六个方程，可求解得：六个未知数，六个方程，可求解得：例二例二例二例二：与线图相结合，计算如图所示的：与线图相结合，计算如图所示的：与线图相结合，计算如图所示的：与线图相结合，计算如图所示的1 1、2 2表面间的角系数表面间的角系数表面间的角系数表面间的角系数解解：依据分解性原理求解如下：依据分解性原理求解如下对应对应的的计计算公式算公式为为：第四节第四节第四节第四节 气气气气 体体体体 辐辐辐辐 射射射射1.气体辐射的特点气体辐射的特点a).选择选择性：气体只能性：气体只能辐辐射和吸取某些波射和吸取某些波长长范范围围内的内的热热射射线线的特的特性。性。光光带带：可以：可以辐辐射和吸取射和吸取热热射射线线的波的波长长范范围围；书书中表中表9-1列出了二氧化碳、水蒸汽等的列出了二氧化碳、水蒸汽等的辐辐射和吸取光射和吸取光带带；氧、氮、氧、氮、氢氢等等对对称形双原子气体被称形双原子气体被认为认为几乎是透亮体。几乎是透亮体。b).容容积积特性特性：气体的：气体的辐辐射和吸收在整个气射和吸收在整个气体容体容积积中中进进行。行。热热射射线线穿透气体穿透气体层时层时沿途沿途逐步被吸收，整个气体容逐步被吸收，整个气体容积积内任何一点都内任何一点都在向外在向外发发射射热热射射线线。2.2.气体放射率和吸取率的计算气体放射率和吸取率的计算气体放射率和吸取率的计算气体放射率和吸取率的计算a).单单色吸收率色吸收率：波：波长长、气体温度、气体分、气体温度、气体分压压力与穿透气体力与穿透气体层层厚度厚度(射射线线行程行程)的函数的函数四个独立自变量四个独立自变量温度越高温度越高吸收率越小；分吸收率越小；分压压力与射力与射线线行程越大行程越大吸收率越吸收率越大。大。实际计实际计算中常整理算中常整理为为三个独立自变量三个独立自变量c).气体的发射率，即全波长范围内的发射率气体的发射率，即全波长范围内的发射率 两个两个独立自独立自变量变量b).单色发射率单色发射率：由基尔霍夫定律：由基尔霍夫定律三个独立自变量三个独立自变量气体的放射率计算线图。气体的放射率计算线图。气体的放射率计算线图。气体的放射率计算线图。，或或或或 如如总压为总压为一个大气一个大气压时压时，二氧化碳，二氧化碳和水蒸汽和水蒸汽单单独存在于透明性气体中的独存在于透明性气体中的发发射率可射率可查书查书中中图图9-27，9-28求求值值。图图9-27，9-28示意图示意图修正系数修正系数 C 由由图图9-29，9-30确定。确定。总压总压不等于一个大气不等于一个大气压时压时修正如下修正如下查图查图9-31确定光确定光带带重叠修正量重叠修正量 由于二氧化碳和水蒸汽的由于二氧化碳和水蒸汽的辐辐射光射光带带有部分重叠，有部分重叠，总总的吸收的吸收率不能率不能简单简单相加，需减去一个修正量如下相加，需减去一个修正量如下受受 、和和 的影响。近似计算方法举荐为的影响。近似计算方法举荐为d).d).气体的吸取率气体的吸取率气体的吸取率气体的吸取率3.3.气体与外壳间的辐射换热气体与外壳间的辐射换热气体与外壳间的辐射换热气体与外壳间的辐射换热射射线线平均行程平均行程：实际实际外壳与气体外壳与气体辐辐射射换热计换热计算中，不同位置不算中，不同位置不同方向同方向热热射射线线穿透气体穿透气体层层的厚度不相同，的厚度不相同，应应采用平均厚度，称采用平均厚度，称之之为为射射线线平均行程。平均行程。按如下按如下推荐公式推荐公式计计算或按表算或按表9-2取取值值 黑体外壳黑体外壳单单位面位面积积内，外壳吸收气体内，外壳吸收气体辐辐射能射能单单位面位面积换热积换热量量 单单位面位面积积内，气体吸收外壳内，气体吸收外壳辐辐射能射能 灰体外壳灰体外壳灰体外壳灰体外壳外壳外壳发发射射辐辐射能第一次被气体吸收的部分射能第一次被气体吸收的部分 气体气体发发射射辐辐射能第一次被外壳吸收的部分射能第一次被外壳吸收的部分 计计第一次投射与吸收的第一次投射与吸收的换热换热量量 计计及多次投射与吸收的影响及多次投射与吸收的影响 4.4.火焰辐射分类火焰辐射分类火焰辐射分类火焰辐射分类不不发发光火焰：光火焰：蓝蓝色火焰，火焰中没有固体色火焰，火焰中没有固体颗颗粒，属气体粒，属气体辐辐射；射；半半发发光火焰：气体光火焰：气体辐辐射射+固体固体颗颗粒粒辐辐射；射；发发光火焰：碳黑粒子的光火焰：碳黑粒子的辐辐射射为为主。主。第五节第五节第五节第五节 太太太太 阳阳阳阳 辐辐辐辐 射射射射大气层大气层 太阳常数太阳常数：当地球位于和太阳的：当地球位于和太阳的平均距离上，在大气平均距离上，在大气层层外外缘缘并与并与太阳射太阳射线线相垂直的相垂直的单单位表面位表面积积所所接收到的太阳接收到的太阳辐辐射能射能太阳辐射在大气层中减弱的因素：太阳辐射在大气层中减弱的因素：太阳辐射在大气层中减弱的因素：太阳辐射在大气层中减弱的因素：实际实际大气大气层层外外缘缘水平面上接收的水平面上接收的辐辐射能射能为为距离修正系数距离修正系数天天顶顶角。角。1).(、)(吸收吸收红红外外线线)、(吸收紫外线吸收紫外线)、与尘埃的吸收作用与尘埃的吸收作用2).空气分子与微小空气分子与微小尘尘埃的散射作用。空气清埃的散射作用。空气清洁时洁时，因空气，因空气分子尺寸小，分子散射中短波散射占分子尺寸小，分子散射中短波散射占优优，天空呈，天空呈蓝蓝色。色。3).云云层层与与较较大大尘尘埃的反射作用。埃的反射作用。到达地面的太阳到达地面的太阳辐辐射能主要集中在射能主要集中在0.33m之之间间本章作业：本章作业：本章作业：本章作业：1010、1313、2424、2727。