第9篇辐射换热的计算.ppt

传热学 李琼 第九章 辐射换热计算 本章教学内容 9.1 黑体表面间的辐射换热 9.2 灰体表面间的辐射换热 9.3 角系数的确定方法 9.4 气体辐射的特点 第一节 黑表面间的辐射换热 辐射换热的推动力：诸表面之间温度不同 影响辐射换热的因素：物体表面的温度，表面形状及尺寸，表面间相对位置，表面的辐射及吸收特性。 分析对象：黑表面、漫-灰表面 实际物体分析中的假定：物体表面⑴为恒温表面；⑵为漫-灰表面；⑶之间气体为透明体。 辐射换热阻力：空间热阻和表面热阻两大类。 辐射换热计算中最有效、应用最普遍的方法是封闭空腔网络法。 一、两黑体表面间的辐射换热 1、能量平衡分析 2、换热分析 两表面之间的辐射换热量与两表面之间的相对位置有很大关系； 由A1发射出的辐射能中只有一部分落到A2上，同时，由A2发射出的辐射能中只有一部分落到A1上。 引出角系数概念。 二、角系数及空间热阻 1、角系数X1,2 定义：表面1向半球空间辐射的能量投落到表面2上的百分数。是无量纲量。 分析角系数： 仅表示离开某表面的辐射能中到达另一表面的百分数，而与另一表面的系数能力无关。 是一个纯粹的几何量，仅取决于表面的大小和相对位置，与辐射物体是否是黑体无关。 前提条件： 物体表面为漫射表面； 物体表面的辐射物性均匀，即温度均匀、发射率及反射比均匀。 特性：互换性。 2、空间热阻 根据角系数定义，两黑体表面间的总辐射换热量： 空间热阻 描述了由于几何尺寸和相对位置的原因，使得从一个表面发射的辐射能量不能全部到达另一个表面而造成的辐射换热的阻力。 两黑体表面间辐射换热的热阻网络如图所示。 取决于表面间的几何关系，当表面间的角系数越小或表面积越小，则能量从表面1投射到表面2上的空间热阻就越大。 对于两平行的黑体大平壁（A1=A2 =A），若略去周边溢出的辐射热量，可以认为： X1, 2= X2, 1=1， 且由斯蒂芬-波尔兹曼定律知Eb=σbT4，此时： 三、多个黑体表面间的辐射换热 计算黑表面与所有其他黑表面的辐射换热： 四、封闭空腔网络法 1、封闭空腔网络法 首先所有表面必须形成封闭空腔。 然后根据以下原则绘出辐射换热热阻网络图，如图所示分别为两个和三个黑体表面组成封闭空腔时辐射换热热阻网络图。 ⑴每个表面是一个结点，其热势为Eb ⑵每两个表面间连接一个相应的空间热阻。 ⑶若某角系数为0，即空间热阻→∞，则相应两个表面间可以断开，不连接空间热阻。 ⑷若某表面绝热，则其为浮动热势，不与接地相连。称绝热表面或重辐射面。 ⑸再根据辐射换热热阻网络图进行辐射换热计算。 2、黑体表面辐射换热的计算 ⑴两黑体表面： 3、绝热表面 绝热表面又称重辐射表面，是指绝热良好，因而在由多个表面组成的辐射换热体系中净得失热量为零的表面。 实用价值：如各种加热炉、工业窑炉，如果炉墙隔热比较好，就可以近似视为绝热面。 对于有一个重辐射面的三表面辐射换热体系来说，来自高温表面1的热流必定等于流向低温表面2的热流。而重辐射表面3的“电位”是“浮动”的，它的数值取决于左右两个空间热阻的相对大小。 从物理本质看，重辐射面本身没有净得失热量，但是它对整个体系的换热状况产生了明显的影响。它为1、2两个表面之间的辐射热交换提供了另一条并联途径。 存在重辐射表面时，辐射换热求解将简化，只需用热阻串并联的办法就可以解出来。 【例9-1】：有一半球形容器r＝1m，底部的圆形面积上有温度为200℃的辐射表面和温度为40℃的吸热表面2，它们各占圆形面积之半。1、2表面均系黑表面，容器壁面3是绝热表面。试计算表面1、2之间的辐射换热和容器壁3的温度。 解： 根据辐射换热热阻网络图的特点，存在以下关系： 第二节 (漫-)灰体表面间的辐射换热 一、有效辐射及有效投射 可以看出，当灰表面的吸收比或发射率 越大，即表面越接近黑体，则此阻力就越 小。对黑表面来说，表面热阻为零，此时 有效辐射J1就是黑体辐射力Eb1 三、网络法分析漫灰表面间的辐射换热 习题14 第三节 角系数的确定方法 漫射表面间的辐射换热计算，必须先要知道它们之间的辐射角系数。求角系数的常用方法有： (1)直接积分法 (2)数值计算方法 (3)图解方法 (4)代数方法 (5)几何投影方法(单位球法)， 这里主要介绍积分法和代数法。 一.积分法 直接用角系数的公式进行积分得出。 第四节 气体辐射 各种气体辐射和吸收特性差异较大 单原子气体和某些分子结构为对称型双原子气体(如O2、N2、H2等)，仅具有微弱的辐射和吸收能力，一般可认为属热辐射的透明介质； 三原子、多原子及分子结构为不对称型的双原子气体（如CO2、H2O(g)、SO2、CH4、CO