辐射换热的计算 (3)精选文档.ppt

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1、本讲稿第一页，共五十三页 前前面面讲讲过过，热热辐辐射射的的发发射射和和吸吸收收均均具具有有空空间间方方向向特特性性，因因此此，表表面面间间的的辐辐射射换换热热与与表表面面几几何何形形状状、大大小小和和各各表表面面的的相相对对位位置置等等几几个个因因素素均均有有关关系系，这这种种因因素素常常用用角角系系数数来来考考虑虑。角角系系数数的的概概念念是是随随着着固固体体表表面面辐辐射射换换热热计计算算的的出出现现与与发发展展，于于20世世纪纪20年年代代提提出出的的，它它有有很很多多名名称称，如如，形形状状因因子子、可可视视因因子子、交交换换系系数数等等等等。但但叫叫得得最最多多的的是是角角系系数数

2、。值值得得注注意意的的是是，角角系系数数只只对对漫漫射射面面(既既漫漫辐辐射射又又漫漫发发射射)、表表面面的的发发射射辐辐射和投射辐射均匀的情况下适用。射和投射辐射均匀的情况下适用。1.角系数的定义角系数的定义 在介绍角系数概念前，要先温习两个概念在介绍角系数概念前，要先温习两个概念(1)投入辐射投入辐射：单位时间内投射到单位面积上的总辐射能，记为：单位时间内投射到单位面积上的总辐射能，记为G。8-1 角系数的定义、性质及计算角系数的定义、性质及计算2023/1/28*-2 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-1 角系数的定义、性质及计算角系数的定义、性质及计算本讲稿第二页，共五十

3、三页下面介绍角系数的概念及表达式。下面介绍角系数的概念及表达式。(1)角角系系数数：有有两两个个表表面面，编编号号为为1和和2，其其间间充充满满透透明明介介质质，则则表表面面1对对表表面面2的的角角系系数数X1,2是是：表表面面1直直接接投投射射到到表表面面2上上的的能能量量，占占表表面面1辐辐射射能能量量的的百百分比。即分比。即(2)有有效效辐辐射射：单单位位时时间间内内离离开开单单位位面面积积的的总总辐辐射射能能为为该该表表面面的的有有效效辐辐射射，参参见见图图8-1。包包括括了了自自身身的发射辐射的发射辐射E和反射辐射和反射辐射 G。G为投射辐射。为投射辐射。图图8-1 有效辐射示意图有

4、效辐射示意图 同同理理，也也可可以以定定义义表表面面2对对表表面面1的的角角系系数数。从从这这个个概概念念我我们们可可以以得得出出角角系系数数的应用是有一定限制条件的，即的应用是有一定限制条件的，即漫射面、等温、物性均匀漫射面、等温、物性均匀(8-1)2023/1/28*-3 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-1 角系数的定义、性质及计算角系数的定义、性质及计算本讲稿第三页，共五十三页(2)微元面对微元面的角系数微元面对微元面的角系数 如图如图8-2所示，黑体微元面所示，黑体微元面dA1对微元面对微元面dA2的角系数的角系数 记为记为Xd1,d2，则根据前面的定义式有，则根据前面

5、的定义式有类似地有类似地有(3)微元面对面的角系数微元面对面的角系数 由角系数的定义可知，微元面由角系数的定义可知，微元面dA1对面对面A2的角系数为的角系数为图图8-2 两微元面间的辐射两微元面间的辐射(8-2b)2023/1/28*-4 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-1 角系数的定义、性质及计算角系数的定义、性质及计算本讲稿第四页，共五十三页(4)(4)面对面的角系数面对面的角系数 面面A A1 1对面对面A A2 2的角系数的角系数X X1,21,2以及面以及面A A2 2对面对面A A1 1的角系数的角系数X X2,12,1分别为分别为微元面微元面dA2dA2对面对面

6、A1A1的角系数则为的角系数则为(8-3a)(8-3b)(8-4a)(8-4b)2023/1/28*-5 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-1 角系数的定义、性质及计算角系数的定义、性质及计算本讲稿第五页，共五十三页2023/1/28*-6 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-1 角系数的定义、性质及计算角系数的定义、性质及计算本讲稿第六页，共五十三页2.2.角系数性质角系数性质根据角系数的定义和诸解析式，可导出角系数的代数性质。根据角系数的定义和诸解析式，可导出角系数的代数性质。(1)(1)相对性相对性 由式由式(8-2a)(8-2a)和和(8-2b)(8-2b)可

7、以看出可以看出2023/1/28*-7 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-1 角系数的定义、性质及计算角系数的定义、性质及计算本讲稿第七页，共五十三页 由式由式(8-4a)(8-4a)和和(8-4b)(8-4b)也可以看出也可以看出 以上性质被称为角系数的以上性质被称为角系数的相对性相对性。2023/1/28*-8 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-1 角系数的定义、性质及计算角系数的定义、性质及计算本讲稿第八页，共五十三页上式称为角系数的完整性。若表面上式称为角系数的完整性。若表面1为非凹表面为非凹表面时，时，X1,1=0。值得注意的是，上图中的表面值得注意的是，

8、上图中的表面2 2对表面对表面1 1的角系数不存在上述的可加性。的角系数不存在上述的可加性。图图8-3 角系数的完整性角系数的完整性(2)(2)完整性完整性 对于有对于有n n个表面组成的封闭系统，见图个表面组成的封闭系统，见图8-38-3所示，所示，据能量守恒可得据能量守恒可得:(3)(3)可加性可加性 如图如图8-48-4所示，表面所示，表面2 2可分为可分为2a2a和和2b2b两个面，当然也可以分为两个面，当然也可以分为n n个面，个面，则角系数的可加性为则角系数的可加性为2023/1/28*-9 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-1 角系数的定义、性质及计算角系数的定义、

9、性质及计算本讲稿第九页，共五十三页再来看一下再来看一下2 对对 1 的能量守恒情况的能量守恒情况:图图8-4 角系数的可加性角系数的可加性2023/1/28*-10 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-1 角系数的定义、性质及计算角系数的定义、性质及计算本讲稿第十页，共五十三页3 角系数的计算方法角系数的计算方法 求求解解角角系系数数的的方方法法通通常常有有直直接接积积分分法法、代代数数分分析析法法、几几何何分分析析法法以以及及Monte-Carlo法法。直直接接积积分分法法的的结结果果见见公公式式(8-2)(8-4)。下下面面只只给给出出代代数数分分析法。析法。代代数数分分析析法

10、法是是利利用用角角系系数数的的各各种种性性质质，获获得得一一组组代代数数方方程程，通通过过求求解解获获得得角角系系数数。值值得得注注意意的的是是，(1)利利用用该该方方法法的的前前提提是是系系统统一一定定是是封封闭闭的的，如如果果不不封封闭闭可可以以做做假假想想面面，令令其其封封闭闭；(2)凹凹面面的的数数量量必必须须与与不不可可见见表表面面数数相相等等。下下面面以以三三个个非非凹凹表表面面组组成成的的封封闭闭系系统统为为例例，如如图图8-5所所示示，面面积积分别为分别为A1，A2和和A3，则根据角系数的相对性和完整性得，则根据角系数的相对性和完整性得:2023/1/28*-11 第第8 8章

11、章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-1 角系数的定义、性质及计算角系数的定义、性质及计算本讲稿第十一页，共五十三页通过求解这个封闭的方程组，可得所有角通过求解这个封闭的方程组，可得所有角系数，如系数，如X X1,21,2为为:图图8-5 8-5 三个非凹表面三个非凹表面 组成的封闭系统组成的封闭系统2023/1/28*-12 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-1 角系数的定义、性质及计算角系数的定义、性质及计算本讲稿第十二页，共五十三页若系统横截面上三个表面的长度分别为若系统横截面上三个表面的长度分别为l l1 1，l l2 2和和l l3 3，则上，则上式可写为式可写为下面考察

12、两个表面的情况，下面考察两个表面的情况，假想面如图假想面如图8-68-6所示，根据完所示，根据完整性和上面的公式，有整性和上面的公式，有:图图8-6 两个非凹表面及两个非凹表面及 假想面组成的封闭系统假想面组成的封闭系统2023/1/28*-13 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-1 角系数的定义、性质及计算角系数的定义、性质及计算本讲稿第十三页，共五十三页解方程组得解方程组得:该方法又被称为该方法又被称为交叉线法交叉线法。注意：这里所谓的交叉线和不交叉线都是指。注意：这里所谓的交叉线和不交叉线都是指虚拟面断面的线，或者说是辅助线虚拟面断面的线，或者说是辅助线2023/1/28*

13、-14 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-1 角系数的定义、性质及计算角系数的定义、性质及计算本讲稿第十四页，共五十三页8-2 8-2 被透明介质隔开的两固体表面间的辐射换热被透明介质隔开的两固体表面间的辐射换热本节将给出两个稳态辐射换热的例子，即分别由等温的两黑体或等温的两本节将给出两个稳态辐射换热的例子，即分别由等温的两黑体或等温的两漫灰体组成的封闭系统内的表面间辐射换热。封闭系统内充满不吸收任何漫灰体组成的封闭系统内的表面间辐射换热。封闭系统内充满不吸收任何辐射的透明介质。所采用的方法称为辐射的透明介质。所采用的方法称为“净热量净热量”法。法。图图8-7 黑体系统的辐射换黑

14、体系统的辐射换热热1黑体表面黑体表面 如图如图8-7所示，黑表面所示，黑表面1和和2之间的辐射换热量为之间的辐射换热量为2023/1/28*-15 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-2 透明介质隔开两表面辐射透明介质隔开两表面辐射本讲稿第十五页，共五十三页2 2 漫灰表面漫灰表面 灰灰体体间间的的多多次次反反射射给给辐辐射射换换热热的的计计算算带带来来麻麻烦烦，此此时时需需要要采采用用前前面面讲讲过过的的投投入入辐辐射射G和和有有效效辐辐射射J的的概概念念。下下面面在在假假设设表表面面物物性性和和温温度度已已知知的的情情况况下下，考考察察J与与表表面面净净辐辐射射换换热热量量之之

15、间间的的关关系系，为为计计算算漫漫灰灰表表面面间间的的辐辐射射换换热热作作准准备备。如如图图8-1所所示示，对对表表面面1来来讲讲，净辐射换热量净辐射换热量q为为消去上式中的消去上式中的G G1 1，并考虑到，并考虑到 ，可得，可得即：即：2023/1/28*-16 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-2 透明介质隔开两表面辐射透明介质隔开两表面辐射本讲稿第十六页，共五十三页下面来分析两个等温漫灰表面封闭系统内的辐射换热情况。如图下面来分析两个等温漫灰表面封闭系统内的辐射换热情况。如图8-88-8所示，两所示，两个表面的净换热量为个表面的净换热量为根据下式及能量守恒有根据下式及能量

16、守恒有(d)2023/1/28*-17 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-2 透明介质隔开两表面辐射透明介质隔开两表面辐射本讲稿第十七页，共五十三页于是有于是有图图8-8 两个物体组成的辐射换热系统两个物体组成的辐射换热系统2023/1/28*-18 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-2 透明介质隔开两表面辐射透明介质隔开两表面辐射本讲稿第十八页，共五十三页定义系统黑度定义系统黑度(或称为系统发射率或称为系统发射率)与黑体辐射换热比较，上式多了一个与黑体辐射换热比较，上式多了一个 ，它是考虑由于灰体系统多次吸收与，它是考虑由于灰体系统多次吸收与反射对换热量影响的因子

17、。反射对换热量影响的因子。2023/1/28*-19 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-2 透明介质隔开两表面辐射透明介质隔开两表面辐射本讲稿第十九页，共五十三页三种特殊情形三种特殊情形(1)(1)表面表面1 1为凸面或平面，此时，为凸面或平面，此时，X X1,21,21 1，于是，于是(2)(2)表面积表面积A A1 1比表面积比表面积A A2 2小得多，即小得多，即A A1 1/A/A2 2 0 0 于是于是(3)(3)表面积表面积A A1 1与表面积与表面积A A2 2相当，即相当，即A A1 1/A/A2 2 1 1 于是于是2023/1/28*-20 第第8 8章章 辐

18、射换热的计算辐射换热的计算8-2 透明介质隔开两表面辐射透明介质隔开两表面辐射本讲稿第二十页，共五十三页 8-3 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 净净热热量量法法虽虽然然也也可可以以用用于于多多表表面面情情况况，当当相相比比之之下下网网络络法法更更简简明明、直直观观。网网络络法法(又又称称热热网网络络法法，电电网网络络法法等等)的的原原理理，是是用用电电学学中中的的电电流流、电电位位差差和和电电阻阻比比拟拟热热辐辐射射中中的的热热流流、热热势势差差与与热热阻阻，用用电电路路来来比比拟拟辐辐射射热热流流的的传传递递路路径径。但但需需要要注注意意的的是是，这这两两种种方方

19、法法都都离离不不开开角角系系数数的的计计算算，所所以以，必必须须满满足足漫漫灰灰面面、等等温温、物物性性均均匀匀以以及及投投射射辐辐射射均均匀匀的的四四个个条条件件。下面从介绍相关概念入手，逐步展开。下面从介绍相关概念入手，逐步展开。2023/1/28*-21 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算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本讲稿第二十一页，共五十三页(1)热势差与热阻热势差与热阻上节公式上节公式(8-12)(8-12)：改写为：改写为：式中，式中，称为表面热势差；称为表面热势差；则被称为表面则被称为表面辐射热阻。辐射热阻。外部：外部：内部：内部：2023/

20、1/28*-22 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算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本讲稿第二十二页，共五十三页图图8-9 8-9 表面辐射热阻表面辐射热阻表面辐射热阻见图表面辐射热阻见图8-98-9所示，可见，所示，可见，每一个表面都有一个表面辐射热阻。每一个表面都有一个表面辐射热阻。对于黑表面，对于黑表面，1 1 Rr Rr 0 0 即，即，黑体的表面热阻等于零。黑体的表面热阻等于零。又根据上节中的公式又根据上节中的公式(d)以及角系数相对性以及角系数相对性？2023/1/28*-23 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-3 多表面系统辐射换热

21、的计算多表面系统辐射换热的计算本讲稿第二十三页，共五十三页式中，式中，是空间热势差，是空间热势差，则是空间辐射热阻，如图则是空间辐射热阻，如图8-108-10所示，可见，所示，可见，每一对表面就有一个空间辐射热阻。每一对表面就有一个空间辐射热阻。图图8-10 空间辐射热阻空间辐射热阻2023/1/28*-24 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算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本讲稿第二十四页，共五十三页(2)网络法的应用举例网络法的应用举例 首首先先来来看看前前面面讲讲过过的的两两漫漫灰灰表表面面组组成成的的封封闭闭系系统统，参参见见图图8-8，其其等等效效网

22、网络络图图见见8-11所所示示，根根据据电电路路中中的的基基尔尔霍霍夫夫定定律律流流入入节节电电的的电电流流总总和和等等于于零零，列列出出个个个个节节点点的的热热流流方方程程，组组成成有有效效辐射的联立方程组，见左式辐射的联立方程组，见左式图图8-11 两表面封闭系统辐射换热等效网络图两表面封闭系统辐射换热等效网络图2023/1/28*-25 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算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本讲稿第二十五页，共五十三页求解上面方程组获得求解上面方程组获得 or or ，根据：，根据：计算净辐射热流，其中计算净辐射热流，其中i i 代表表面代表

23、表面1 1或表面或表面2 2。在在上上面面的的过过程程中中需需要要注注意意的的是是(1)(1)节节点点的的概概念念；(2)(2)每每个个表表面面一一个个表表面面热热阻阻，每每对表面一个空间热阻；对表面一个空间热阻；(3)(3)以及画电路图的一些基本知识。以及画电路图的一些基本知识。下下面面再再来来看看一一下下三三个个表表面面的的情情况况，见见图图8-128-12。与与两两个个表表面面相相似似，首首先先需需要要画画出出等等效网络，见图效网络，见图8-138-13所示，然后，列出各节点的电流方程。所示，然后，列出各节点的电流方程。2023/1/28*-26 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的

24、计算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本讲稿第二十六页，共五十三页8-12 8-12 由三个表面组成的由三个表面组成的 封闭系统封闭系统8-13 8-13 三表面封闭腔的三表面封闭腔的 等效网络图等效网络图2023/1/28*-27 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算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本讲稿第二十七页，共五十三页节点节点 的热流方程如下：的热流方程如下：求解上面的方程组，再计算净换热量。求解上面的方程组，再计算净换热量。2023/1/28*-28 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-3 多表面系统辐射换热的计算多

25、表面系统辐射换热的计算本讲稿第二十八页，共五十三页A A 画等效电路图；画等效电路图；B B 列出各节点的热流列出各节点的热流(电流电流)方程组；方程组；C C 求解方程组，以获得各个节点的等效辐射；求解方程组，以获得各个节点的等效辐射；D D 利用公式利用公式 计算每个表面的净辐计算每个表面的净辐 射热流量。射热流量。总结上面过程，可以得到应用总结上面过程，可以得到应用网络法的基本步骤网络法的基本步骤如下：如下：2023/1/28*-29 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算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本讲稿第二十九页，共五十三页b 有一个表面绝热，有一个

26、表面绝热，即该表面的净换热量为零即该表面的净换热量为零。其网络图见图。其网络图见图8-14b 和和8-14c，与黑体不同的是，此时该表面的温度是未知的。，与黑体不同的是，此时该表面的温度是未知的。同时，它仍然吸收和发射辐射，只是发出的和吸收的辐射相等。同时，它仍然吸收和发射辐射，只是发出的和吸收的辐射相等。由于，热辐射具有方向性，因此，他仍然影响其它表面的辐射由于，热辐射具有方向性，因此，他仍然影响其它表面的辐射换热。这种表面温度未定而净辐射换热量为零的表面被称为换热。这种表面温度未定而净辐射换热量为零的表面被称为重重辐射面辐射面。图图8-14 三表面系统的两个特例三表面系统的两个特例 (3)

27、两个重要特例两个重要特例a 有一个表面为黑体。有一个表面为黑体。黑体的表面热阻为零黑体的表面热阻为零。其网络图见图。其网络图见图8-14a。此。此时，该表面的温度一般是已知的。时，该表面的温度一般是已知的。2023/1/28*-30 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算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本讲稿第三十页，共五十三页2023/1/28*-31 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算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本讲稿第三十一页，共五十三页由于工程上的需求，经常需要强化或削弱辐射换热。由于工程上的需求，经常需要强化或削弱辐

28、射换热。强化辐射换热强化辐射换热的主要途径有两种：的主要途径有两种：(1)增加发射率；增加发射率；(2)增加角系数。增加角系数。削弱辐射换热削弱辐射换热的主要途径有三种：的主要途径有三种：(1)降低发射率；降低发射率；(2)降低角系数；降低角系数；(3)加入隔热板。加入隔热板。其实插入防热板相当于降低了表面发射率。本节主要讨论这种削弱辐其实插入防热板相当于降低了表面发射率。本节主要讨论这种削弱辐射换热的方式。射换热的方式。对于两个无限大平面组成的封闭系统，其换热量为对于两个无限大平面组成的封闭系统，其换热量为:8-4 8-4 辐射换热的强化与削弱辐射换热的强化与削弱2023/1/28*-32

29、第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-4 辐射换热的强化与削弱辐射换热的强化与削弱本讲稿第三十二页，共五十三页为简单起见，假设为简单起见，假设 ，则，则上式变为上式变为 。现在在两面之间插入一块发射率仍为现在在两面之间插入一块发射率仍为 的遮热板，的遮热板，这样就组成了两个换热系统，如图这样就组成了两个换热系统，如图8-158-15所示所示.2023/1/28*-33 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-4 辐射换热的强化与削弱辐射换热的强化与削弱本讲稿第三十三页，共五十三页稳态时有稳态时有:可见，与没有遮热板时相比，辐射换热量减可见，与没有遮热板时相比，辐射换热量减小了

30、一半。小了一半。图图8-15 8-15 遮热板遮热板2023/1/28*-34 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-4 辐射换热的强化与削弱辐射换热的强化与削弱本讲稿第三十四页，共五十三页 8-5 8-5 气体辐射气体辐射 本本节节将将简简要要介介绍绍气气体体辐辐射射的的特特点点、换换热热过过程程及及其其处处理理方方法法。在在工工程程中中常常见见的的温温度度范范围围内内，和和 具具有有很很强强的的吸吸收收和和发发射射热热辐辐射射的的本本领领，而而其其他他的的气体则较弱，这也是本节采用这两种气体作为例子的原因。气体则较弱，这也是本节采用这两种气体作为例子的原因。1 气体辐射的特点气体

31、辐射的特点 (1)气体辐射对波长具有选择性。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它只在某谱带内具有发射和吸收辐射的本领，而对于其他谱带则呈现透明状态。如图射的本领，而对于其他谱带则呈现透明状态。如图8-16所示。所示。(2)气气体体的的辐辐射射和和吸吸收收是是在在整整个个容容积积中中进进行行的的。这这是是由由于于辐辐射射可可以以进进入入气气体体，并并在在其其内内部部进进行行传传递递，最最后后有有一一部部分分会会穿穿透透气气体体而而到到达达外外部部或或固固体壁面，因而，气体的发射率和吸收比还与容器的形状和容积大小有关。体壁面，因而，气体的发射率和吸收比还与容器的形状和容积大小

32、有关。2023/1/28*-35 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-5 气体辐射气体辐射本讲稿第三十五页，共五十三页图图8-16 CO2 8-16 CO2 和和H2OH2O的主要吸收谱带的主要吸收谱带图图8-17 8-17 光谱辐射穿过气体层时的衰减光谱辐射穿过气体层时的衰减 2023/1/28*-36 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-5 气体辐射气体辐射本讲稿第三十六页，共五十三页2 2 气体辐射的衰减规律气体辐射的衰减规律当当热热辐辐射射进进入入吸吸收收性性气气体体层层时时，因因沿沿途途被被气气体体吸吸收收而而衰衰减减。为为了了考考察察辐辐射射在在气气体体内内

33、的的衰衰减减规规律律，如如图图8-17所所示示，我我们们假假设设投投射射到到气气体体界界面面 x=0 处处的的光光谱谱辐辐射射强强度度为为 ，通通过过一一段段距距离离x后后，该该辐辐射射变变为为 。再通过微元气体层再通过微元气体层 dx 后，其衰减量为后，其衰减量为 。理论上已经证明，理论上已经证明，与行程与行程 d dx x 成正比，设比例系数为成正比，设比例系数为 ，则有，则有2023/1/28*-37 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-5 气体辐射气体辐射本讲稿第三十七页，共五十三页式中，负号表示吸收，式中，负号表示吸收，为为光谱衰减系数光谱衰减系数，m m-1-1，它取决

34、于其体的种类、密，它取决于其体的种类、密度和波长。对上式进行积分可得度和波长。对上式进行积分可得即即Beer Beer 定律定律式式中中，s s 是是辐辐射射通通过过的的路路程程长长度度，常常称称之之为为射射线线程程长长。从从上上式式可可知知，热辐射在气体内呈指数规律衰减。热辐射在气体内呈指数规律衰减。2023/1/28*-38 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-5 气体辐射气体辐射本讲稿第三十八页，共五十三页3 3 气体辐射的光谱吸收比、光谱发射率气体辐射的光谱吸收比、光谱发射率BeerBeer公式可以写为公式可以写为光谱穿透比光谱穿透比对于气体，反射率为零，于是有对于气体，反

35、射率为零，于是有根据根据KirchhoffKirchhoff定律，光谱发射率为定律，光谱发射率为2023/1/28*-39 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-5 气体辐射气体辐射本讲稿第三十九页，共五十三页4 4 气体的发射率气体的发射率工程中作为关心的是确定气体所有谱带内辐射能量的总和。于是需要首先确定气体的工程中作为关心的是确定气体所有谱带内辐射能量的总和。于是需要首先确定气体的发射率发射率 ，然后利用，然后利用 计算气体的发射辐射。而由于气体的容积辐射特性，计算气体的发射辐射。而由于气体的容积辐射特性，与射线程长与射线程长关关s s系密切，而系密切，而s s取决于气体容积的

36、形状和尺寸。如图取决于气体容积的形状和尺寸。如图8-188-18所示。为了使射线程长所示。为了使射线程长均匀，人们引入了当量半球的概念，将不是球形的容积等效为半球。则其半径就均匀，人们引入了当量半球的概念，将不是球形的容积等效为半球。则其半径就是等效的射线程长，见图是等效的射线程长，见图8-198-19所示。目前人们已经将一些典型几何容积的气体对所示。目前人们已经将一些典型几何容积的气体对整个包壁的平均射线程长列于表整个包壁的平均射线程长列于表8-18-1中。在缺少资料的情况下，任意几个形状气体中。在缺少资料的情况下，任意几个形状气体对整个包壁的平均射线程长可按下式计算：对整个包壁的平均射线程

37、长可按下式计算：式中，V为气体容积，m3；A为包壁面积，m2。2023/1/28*-40 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-5 气体辐射气体辐射本讲稿第四十页，共五十三页图图8-18 8-18 气体对不同地气体对不同地区的辐射区的辐射图图8-19 半球内气体对球心的辐射半球内气体对球心的辐射2023/1/28*-41 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-5 气体辐射气体辐射本讲稿第四十一页，共五十三页除了与除了与s 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下关系利用上面的关系，可以采用试验获得

38、利用上面的关系，可以采用试验获得 ，图，图8-208-20给出了给出了 时的水蒸气发射率时的水蒸气发射率 的图线。图的图线。图8-218-21则是其修正系数则是其修正系数 ，于是，水蒸气的发射率为，于是，水蒸气的发射率为对应于对应于 的图分别是的图分别是8-228-22和图和图8-238-23。于是。于是2023/1/28*-42 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-5 气体辐射气体辐射本讲稿第四十二页，共五十三页图图8-208-20 2023/1/28*-43 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-5 气体辐射气体辐射本讲稿第四十三页，共五十三页图图8-21 修正系数修

39、正系数 2023/1/28*-44 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-5 气体辐射气体辐射本讲稿第四十四页，共五十三页图图8-228-22 2023/1/28*-45 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-5 气体辐射气体辐射本讲稿第四十五页，共五十三页图图8-23 修正系数修正系数 2023/1/28*-46 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-5 气体辐射气体辐射本讲稿第四十六页，共五十三页当气体中同时存在二氧化碳和水蒸气时，气体的发射率由下式给出当气体中同时存在二氧化碳和水蒸气时，气体的发射率由下式给出:式中，式中，是修正量，由图是修正量，由图8-24

40、8-24给出。给出。图图8-24 修正量修正量2023/1/28*-47 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-5 气体辐射气体辐射本讲稿第四十七页，共五十三页5 5 气体的吸收比气体的吸收比式中修正系数式中修正系数 和和 与发射率公式中的处理方法与发射率公式中的处理方法相同，而相同，而 ，和和 的确定可以采用下面的经的确定可以采用下面的经验公式验公式2023/1/28*-48 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-5 气体辐射气体辐射本讲稿第四十八页，共五十三页在其体发射率和吸收比确定后，气体与黑体外壳之间的辐在其体发射率和吸收比确定后，气体与黑体外壳之间的辐射换热公式为

41、射换热公式为:2023/1/28*-49 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算8-5 气体辐射气体辐射本讲稿第四十九页，共五十三页本章小结本章小结1角系数的定义、性质、计算方法角系数的定义、性质、计算方法(特别是代数分析法特别是代数分析法)和适用条件和适用条件2能量守恒的分析方法在两固体表面间辐射换热的应用能量守恒的分析方法在两固体表面间辐射换热的应用3系统黑度的计算公式及三种特殊情形的处理系统黑度的计算公式及三种特殊情形的处理4热网络法的基本思路、计算过程、热网络图热网络法的基本思路、计算过程、热网络图5重辐射面的性质、影响辐射换热的形式及其温度的求解方法，以及重辐射面与黑表面的重辐

42、射面的性质、影响辐射换热的形式及其温度的求解方法，以及重辐射面与黑表面的区别区别6辐射换热的强化与削弱应该考虑的因素及其作用过程，特别是热辐射挡板辐射换热的强化与削弱应该考虑的因素及其作用过程，特别是热辐射挡板7气体辐射的特点：光谱依赖特性和容积辐射特性气体辐射的特点：光谱依赖特性和容积辐射特性8气体辐射的衰减规律及其计算公式、气体的吸收系数和发射率气体辐射的衰减规律及其计算公式、气体的吸收系数和发射率9投入辐射投入辐射、有效辐射、系统黑度、热势差、表面辐射热阻、空间辐射热阻、衰减系数、有效辐射、系统黑度、热势差、表面辐射热阻、空间辐射热阻、衰减系数、射线程长射线程长2023/1/28*-50

43、 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算本讲稿第五十页，共五十三页思考题：思考题：1.角系数的定义及性质角系数的定义及性质.2.两维表面间角系数的计算方法两维表面间角系数的计算方法(代数分析法代数分析法,图表法图表法).3.多层无限大灰体平板间的辐射换热计算方法多层无限大灰体平板间的辐射换热计算方法.4.有效辐射的概念及如何应用在灰体辐射计算中有效辐射的概念及如何应用在灰体辐射计算中.5.一个灰体和大空间之间辐射换热和对流换热同时被考虑时的计算方法一个灰体和大空间之间辐射换热和对流换热同时被考虑时的计算方法.6.高温气体内高温气体内,使用遮热板的热电偶测温精度分析使用遮热板的热电偶测温精

44、度分析.能量平衡定律在此类问题中能量平衡定律在此类问题中的应用的应用.7.表面辐射热阻和空间辐射热阻的定义及表达式表面辐射热阻和空间辐射热阻的定义及表达式.8.重辐射面的概念重辐射面的概念.9.采用网络法求解三表面封闭系统辐射换热的计算方法采用网络法求解三表面封闭系统辐射换热的计算方法.10.辐射换热的强化和削弱方法辐射换热的强化和削弱方法.11.气体辐射有什么特点气体辐射有什么特点?12.什么是温室效应什么是温室效应?从传热学的角度做出评述从传热学的角度做出评述.举出一些实际例子举出一些实际例子.2023/1/28*-51 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算本讲稿第五十一页，共五十三页作业：作业：8-28-2，8-68-6，8-78-7，8-118-11，8-238-23，8-268-26，8-388-38，8-458-45，8-558-552023/1/28*-52 第第8 8章章 辐射换热的计算辐射换热的计算本讲稿第五十二页，共五十三页本章结束本讲稿第五十三页，共五十三页