第八章辐射换热的计算2.ppt

讨论：镀银对降低辐射散热量作用很大。作为比较，设取?1= ?2= 0.8，则将有q1,2=276W/m2，增加66倍 例2：一根直径d=50mm，长度l=8mm的钢管，被置于横断面为0.2×0.2m2的砖槽道内。若钢管温度和发射率分别为t1=250℃、?1=0.79，砖槽壁面温度和发射率分别为t2=27℃、 ?2=0.93. 试计算该钢管的辐射热损失。 解：因为l/d1，可认为是无限长钢管，热损失为： 讨论：这一问题可以近似地采用A1/A2=0的模型。 与上面结果只相差1%。 Eb1 J1 J2 Eb2 J3= Eb3 例3：两块尺寸为1m×2m、间距为1m的平行平板置于室温t3=27℃的大厂房内。平板背面不参与换热。已知两板的温度和发射率分别为t1=827℃, t2=327℃和?1=0.2, ?2=0.5, 计算每个板的净辐射散热量及厂房壁所得到的辐射热量。 解：本题是3个灰表面间的辐射换热问题。因厂房表面积A3很大，其表面热阻(1- ?3)/(?3A3)可取为零。因此J3 = Eb3 是个已知量，其等效网络图如下图所示。 * §8-1 角系数的定义、性质及计算 §8-2 被透热介质隔开的两固体表面间的辐射换热 §8-3 多表面系统辐射换热的计算 §8-4 辐射换热的强化与削弱 第八章 辐射换热计算 假设： (1)把参与辐射换热的有关表面视作一个封闭腔，表面间的开口设想为具有黑表面的假想面； (2)进行辐射换热的物体表面之间是不参与辐射的透明介质(如单原子或具有对称分子结构的双原子气体、空气)或真空； (3)参与辐射换热的物体表面都是漫射(漫发射、漫反射)灰体或黑体表面； (4)每个表面的温度、辐射特性及投入辐射分布均匀。 §8-2 被透热介质隔开的两固体表面间的辐射换热 §8-2 -1 黑表面间的辐射换热 两黑体之间的辐射换热量为： §8-2 -2 两平行黑表面间的辐射换热 即： ：辐射热流 ； ：辐射势差； ：辐射热阻（空间热阻、形状热阻）； 对于两平行的黑体大平壁，由于： 于是，有： §8-2 -3 封闭空腔黑表面间的辐射换热 空腔法：计算物体间辐射换热的基本方法 。 1 2 3 4 i n 空腔某表面向所有表面投射能量的总和就是它向外辐射的总能量，即能量投射百分数之和为1 。 于是，黑表面1与其它空腔内表面的辐射换热为 即 §8-2 -4 灰表面间的辐射换热 1 有效辐射 投入辐射：单位时间内投射到表面的单位面积上的总辐射能，记为G。 有效辐射：单位时间内离开表面的单位面积上的总辐射能，记为J。 物体表面的有效辐射力包括物体表面自身的辐射力与其对投入辐射力的反射部分。 J为物体表面的有效辐射力W/m2; G为投入辐射力W/m2。 引入黑度的定义和灰体的假设，该式变为： 在表面外能感受到的表面辐射就是有效辐射，它也是用辐射探测仪能测量到的单位表面上的辐射功率（W/m2）。 G J ?Eb ?G ?G 对于非透明表面，有 G J ?Eb ?G ?G 从表面1外部来观察，其能量收支差额应等于有效辐射J1与投入辐射G1之差，即 从表面内部观察，该表面与外界的辐射换热量应为： 从上两式消去G得到： 或 G J ?Eb ?G ?G A为物体表面的面积。Q表示物体表面实际向空间辐射出去的辐射能（热流量），单位为W。 通常称Eb－J为表面辐射势差，而称 为表面辐射热阻，因而有：热流＝势差/热阻 Eb Q J 如果物体表面为黑体表面，必有(1－?)/(?F)=0, 那么应有 Eb－J=0，故J=Eb。 此时物体表面辐射出去的辐射热流为： 对于绝热表面，由于表面在参与辐射换热的过程中既不得到能量又不失去能量，因而有 Q=0 。 ?越大，表面热阻越小； 对于黑体， ?＝1 绝热表面又称之为重辐射面，它有两重性质： （1）从温度上看，可以将其视为黑体；绝热表面的温度与其发射率无关。 （2）从能量上看，可以将其当作反射率为1的表面。 所以重辐射表面是在一定条件下的黑体或白体。 因为重辐射面的温度与其它表面的温度不同，所以重辐射面的存在改变了辐射能的方向分布。重辐射面的几何形状、尺寸及相对位置将影响整个系统的辐射换热。 2 两个灰体表面间的辐射换热 当两个灰表面的有效辐射和角系数确定之后，我们就可以计算它们之间的辐射换热量。 J1 J2 A1 A2 表面1投射到表面2上的辐射能流为: 表面2投射到表面1上的辐射能流为 两个表面之间交换的热流量为 ： 由角系数的互换性有 我们称Q1，2为两表面交换的的热流量；J1－J2为两表面间的空间辐射势差；1/(A1X1,2)或1/(A2X2,1)为两表面之间的空间辐射热阻。 Q1,2 J1 J2 J1 J2 A1