第9章-辐射传热的计算b.ppt

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1、 主主 要要 内内 容容重点重点：固体表面间辐射传热的计算：固体表面间辐射传热的计算角系数角系数的定义、性质及计算的定义、性质及计算两表面封闭系统的辐射传热两表面封闭系统的辐射传热 1、两、两黑体黑体间的辐射传热间的辐射传热 2、由两个等温的漫灰表面组成的封闭、由两个等温的漫灰表面组成的封闭 系统的辐射传热系统的辐射传热多表面系统的辐射传热多表面系统的辐射传热气体辐射气体辐射辐射传热的强化与削弱辐射传热的强化与削弱综合传热问题分析综合传热问题分析9.3 多表面系统的辐射传热多表面系统的辐射传热 辐射传热量的计算方法：辐射传热量的计算方法：网络法网络法*应区分的两个传热量：某一表面的净辐射传热量

2、应区分的两个传热量：某一表面的净辐射传热量 某两表面间的净辐射传热量某两表面间的净辐射传热量两个基本网络单元：两个基本网络单元：表面网络单元表面网络单元 空间网络单元空间网络单元(1)画出等效的画出等效的辐射网络图辐射网络图，并求出各热阻值及与，并求出各热阻值及与 各表面温度对应的各表面温度对应的Eb值；值；(2)列出各节点的节点电流方程（依据：直流电路列出各节点的节点电流方程（依据：直流电路 中的基尔霍夫定律），得一代数方程组；中的基尔霍夫定律），得一代数方程组；(3)求解上述代数方程求解上述代数方程(组组)，得各节点电势值，得各节点电势值Ji*；(4)计算辐射传热量。其中：计算辐射传热量。

3、其中：9.3.2 多表面封闭系统辐射网络法求解步骤多表面封闭系统辐射网络法求解步骤(1)分析辐射换热系统的换热情况，确定参与换热的表分析辐射换热系统的换热情况，确定参与换热的表 面个数，并进行编号；面个数，并进行编号；(2)画出节点，并依次标为画出节点，并依次标为J1、J2、J3、等等；等等；(3)逐个分析换热表面的特性，确定表面热阻，并绘制逐个分析换热表面的特性，确定表面热阻，并绘制 表面网络单元表面网络单元(4)逐个分析两两表面间的换热情况，确定空间热阻，逐个分析两两表面间的换热情况，确定空间热阻，并绘制空间网络单元。并绘制空间网络单元。辐射网络图的画法辐射网络图的画法9-4 气体辐射的特

4、点（简介）气体辐射的特点（简介）常见的辐射性气体：三原子气体、多原子气体、常见的辐射性气体：三原子气体、多原子气体、结构不对称的双原子气体结构不对称的双原子气体(如如CO)非辐射性气体非辐射性气体(热辐射的透明体热辐射的透明体)：结构对称的：结构对称的 双原子气体双原子气体辐射性气体辐射性气体具有发射和吸收辐射能的能力的气体具有发射和吸收辐射能的能力的气体 9.4.1 气体辐射的特点：气体辐射的特点：1.气体辐射对波长有气体辐射对波长有(强烈的强烈的)选择性选择性 只在某些波长区段内具有辐射能力只在某些波长区段内具有辐射能力,相应地相应地 也只在同样的波长区段内才具有吸收能力也只在同样的波长区

5、段内才具有吸收能力辐射性气体的光带见辐射性气体的光带见P420图图9-272.气体的辐射和吸收在整个容积中进行气体的辐射和吸收在整个容积中进行 就吸收而言就吸收而言,投射到气体层界面上的投射到气体层界面上的辐射能辐射能通过吸收性气体层时，在辐射行程中被气体吸收通过吸收性气体层时，在辐射行程中被气体吸收而减弱而减弱;就辐射而言就辐射而言,气体层界面上所感受到的气体层界面上所感受到的辐射为到达界面上的整个容积中的气体的辐射辐射为到达界面上的整个容积中的气体的辐射.被辐射性气体（吸收性介质）所隔开的两表被辐射性气体（吸收性介质）所隔开的两表面间的辐射换热计算略面间的辐射换热计算略.9.5 辐射传热的

6、控制辐射传热的控制(强化与削弱强化与削弱)要求：要求：了解强化与削弱辐射传热的基本方法及其工程应用了解强化与削弱辐射传热的基本方法及其工程应用9.5.1 控制物体表面间辐射传热的基本方法控制物体表面间辐射传热的基本方法 (前提前提:冷、热表面温度一定冷、热表面温度一定,即即Eb1、Eb2一定一定)控制表面热阻控制表面热阻 控制空间热阻控制空间热阻1.控制表面热阻控制表面热阻(1)改变表面积改变表面积A(2)改变换热表面的发射率改变换热表面的发射率*首先改变对辐射传热影响最大的那一表面的首先改变对辐射传热影响最大的那一表面的 发射率发射率(即串联环节中表面热阻最大的表面即串联环节中表面热阻最大的

7、表面)；当辐射传热同时涉及温度较低的红外辐射与当辐射传热同时涉及温度较低的红外辐射与 温度较高的太阳辐射时温度较高的太阳辐射时,控制红外辐射的发射率与控制红外辐射的发射率与 对太阳辐射的吸收比应同时入手对太阳辐射的吸收比应同时入手.应用实例应用实例:太阳能集热器中的太阳能集热器中的选择性涂层选择性涂层要求要求:红外辐射的发射率红外辐射的发射率尽可能地小尽可能地小,对太阳辐射对太阳辐射 的吸收比的吸收比s尽可能地大尽可能地大.2.控制空间热阻控制空间热阻(1)改变表面积改变表面积A(2)改变两表面的布置以改变两表面的布置以改变角系数改变角系数*如：对于两块大平板，平行放置时的角系数最大如：对于两

8、块大平板，平行放置时的角系数最大应用实例应用实例:送风式电子器件机箱中的元件布置送风式电子器件机箱中的元件布置 特征：遮热板在整个辐射传热系统中并不放出特征：遮热板在整个辐射传热系统中并不放出 或带走任何热量，只是在热流通路中另或带走任何热量，只是在热流通路中另 外添加了阻力，使得整个传热过程受到外添加了阻力，使得整个传热过程受到 阻碍，即阻隔辐射传热阻碍，即阻隔辐射传热。9.5.2 遮热板的原理及应用遮热板的原理及应用 在辐射传热系统中插在两个辐射传热表面在辐射传热系统中插在两个辐射传热表面 之间的、用来阻挡之间的、用来阻挡(减弱减弱)辐射传热的辐射传热的薄板薄板遮热板遮热板1、遮热原理分析

9、、遮热原理分析主要掌握分析方法主要掌握分析方法例：在两块无限大平行平板例：在两块无限大平行平板 间插入一块面积也是无间插入一块面积也是无 限大的遮热板限大的遮热板(如图如图)。假定假定1=2=3=，且三块板都是灰体且三块板都是灰体(=)关键：关键：在热稳态情况下有在热稳态情况下有q1,3=q3,2=q1,2推导过程推导过程由式由式（9-16）得：得：利用热稳态条件利用热稳态条件q1,3=q3,2=q1,2，从上面两式消去从上面两式消去Eb3后可解得：后可解得：上式中，上式中，q1,2(0)为无遮热板时表面为无遮热板时表面1，2间的辐射传热量间的辐射传热量附：加一块遮热板，但三板黑度不同附：加一

10、块遮热板，但三板黑度不同(仍都为灰体仍都为灰体)时时利用热稳态条件从上面两式可解得：利用热稳态条件从上面两式可解得：消去消去Eb3后得：后得：1=2=3=时即为前式结论结论n在两黑度相同的平行平板间加入黑度相同在两黑度相同的平行平板间加入黑度相同的的 n 块遮热板，其辐射传热量将减小为块遮热板，其辐射传热量将减小为原来的原来的1/(n+1)。n所加遮热板的黑度越小、遮热板块数越多，所加遮热板的黑度越小、遮热板块数越多，遮热效果越明显遮热效果越明显n汽轮机中汽轮机中,用于减少内、外套管间的辐射传热用于减少内、外套管间的辐射传热n用于低温容器（杜瓦瓶）隔热保温；用于低温容器（杜瓦瓶）隔热保温；n用

11、于超级隔热油管；用于超级隔热油管；n用于提高测温准确度。用于提高测温准确度。如：遮热罩抽气式热电偶如：遮热罩抽气式热电偶(可减少测温误差可减少测温误差)等等。等等。2.遮热板的应用实例遮热板的应用实例 第第9-69-6节节 传热问题综合分析传热问题综合分析 提出问题、作出假设、提出问题、作出假设、建立模型、理论求解建立模型、理论求解实例：实例：1、炉膛辐射热流密度的测定、炉膛辐射热流密度的测定2、遮热罩抽气式热电偶测温遮热罩抽气式热电偶测温3、轿车后窗玻璃的热分析、轿车后窗玻璃的热分析9.6.1 9.6.1 炉膛辐射热流密度的简易测定方法炉膛辐射热流密度的简易测定方法假定：假定：(1)过桥的导

12、热系数为常数；过桥的导热系数为常数；(2)忽略过桥背火面与炉墙间的辐射传热；忽略过桥背火面与炉墙间的辐射传热；(3)火焰对过桥表面的辐射热流均匀；火焰对过桥表面的辐射热流均匀；(4)辐射热流一经表面吸收即成为平行于过桥辐射热流一经表面吸收即成为平行于过桥 壁面而向两侧传导的导热热流；壁面而向两侧传导的导热热流；(5)过桥表面温度远低于火焰温度；过桥表面温度远低于火焰温度；(6)忽略过桥表面与烟气间的对流传热。忽略过桥表面与烟气间的对流传热。热平衡关系：热平衡关系：求解结果：求解结果：9.6.2 遮热罩抽气式热电偶测温遮热罩抽气式热电偶测温(1)裸露热电偶测温：裸露热电偶测温：当当q1=q2时，

13、热电偶达时，热电偶达到某平衡温度到某平衡温度t1(tf)(2)加遮热罩后加遮热罩后遮热罩温度遮热罩温度t3tw，热平衡关系为：热平衡关系为：P436例：热电偶测温问题计算例：热电偶测温问题计算 无罩时：测温绝对误差无罩时：测温绝对误差206.2 测温相对误差测温相对误差20.7%有罩时有罩时:测温绝对误差测温绝对误差48.8 测温相对误差测温相对误差4.88%轿车后窗玻璃的热分析轿车后窗玻璃的热分析假设：假设：(1)内热源（电热丝产热）均匀；内热源（电热丝产热）均匀；(2)玻璃中的导热过程为一维稳定过程；玻璃中的导热过程为一维稳定过程；(3)内侧复合表面传热系数内侧复合表面传热系数ht,i与外

14、侧表面传热系与外侧表面传热系 数数h0均已知均已知 热平衡关系：热平衡关系：9.6.3 辐射传热系数辐射传热系数定义：定义：即：即：称为辐射传热表面传热系数称为辐射传热表面传热系数简称辐射传热系数，其值与简称辐射传热系数，其值与系统情况有关系统情况有关对于同时存在对流与辐射的综合过程，即有：对于同时存在对流与辐射的综合过程，即有：ht 称为复合传热表面传热系数称为复合传热表面传热系数相对性、完整性、可加性相对性、完整性、可加性1、角系数的定义、角系数的定义 2、角系数的特性：、角系数的特性：3、角系数的计算：、角系数的计算：直接积分法直接积分法(线算图线算图)；代数分析法代数分析法(三解形法、

15、交叉线法三解形法、交叉线法)；形状分解法；形状分解法；几种典型几何关系的角系数：几种典型几何关系的角系数：包容关系包容关系(X1,2=1)、两平行大平板两平行大平板(X1,2=X2,1=1)第第9章章 小小 结结 一、角系数的定义、性质及其计算一、角系数的定义、性质及其计算9.2 两表面封闭系统的辐射传热两表面封闭系统的辐射传热一、两黑体表面间的辐射换热一、两黑体表面间的辐射换热关键：角系数的计算关键：角系数的计算二、两等温漫灰表面间的辐射换热二、两等温漫灰表面间的辐射换热辐射传热量的计算辐射传热量的计算注意三种特例注意三种特例9.3 多表面系统的辐射传热多表面系统的辐射传热-辐射辐射网络法网

16、络法*1.两表面间的辐射换热量两表面间的辐射换热量i,j与某一表面的净与某一表面的净 辐射换热量辐射换热量i的差别的差别2.表面热阻与空间热阻及相应的网络单元表面热阻与空间热阻及相应的网络单元3.网络图的画法网络图的画法特例：特例：黑体黑体,=1,Rs=0，Eb=J；大表面大表面,Rs 0，Eb J4.多表面封闭系统辐射网络法求解步骤多表面封闭系统辐射网络法求解步骤5.三表面封闭系统中的几个特例三表面封闭系统中的几个特例(1)其中一个表面为黑体其中一个表面为黑体(2)其中一个表面为大表面其中一个表面为大表面(3)其中一个表面为绝热面其中一个表面为绝热面(重辐射面重辐射面)6.运用网络法时应注意

17、的问题：运用网络法时应注意的问题：(1)多表面系统表面的划分依据：以热边界条件为主多表面系统表面的划分依据：以热边界条件为主 (不应纯按几何面划分不应纯按几何面划分)(2)计算中应注意有效数字的位数，特别是在求各节计算中应注意有效数字的位数，特别是在求各节 点的有效辐射点的有效辐射 Ji 时。时。9-4 气体辐射的特点气体辐射的特点 1.辐射性气体的概念及辐射性气体与非辐射性气辐射性气体的概念及辐射性气体与非辐射性气体的区分体的区分 2.气体辐射的特点气体辐射的特点(1)气体辐射对波长有选择性气体辐射对波长有选择性(2)(2)气体的辐射和吸收在整个容积中进行气体的辐射和吸收在整个容积中进行9.

18、5 辐射传热的控制辐射传热的控制(强化与削弱强化与削弱)要求：要求：了解强化与削弱辐射传热的基本方法及其工程应用了解强化与削弱辐射传热的基本方法及其工程应用1.控制物体表面间辐射传热的基本方法控制物体表面间辐射传热的基本方法(T1,T2一定一定):控制表面热阻控制表面热阻,控制空间热阻控制空间热阻 -常用方法常用方法:改变换热表面的发射率改变换热表面的发射率,改变角系数改变角系数2.遮热板遮热板(原理及应用原理及应用)通过洗添加遮热板通过洗添加遮热板,在热流通路中增加阻力，从在热流通路中增加阻力，从 而使得整个换热过程受到阻碍，辐射传热削弱而使得整个换热过程受到阻碍，辐射传热削弱。作业作业:P449 9-19 9-23 9-29 9-31 作业作业:P450-9-359-379-399-429-60