工程热力学与传热学（中文）辐射换热.PPT

工程热力学与传热学 传热学 第十一章 辐射换热 第十一章 辐射换热 内容要求 掌握热辐射的基本概念； 掌握黑体，黑体辐射的基本定律； 实际物体的辐射特性，基尔霍夫定律； 重点掌握角系数，辐射换热的计算方法 （黑体表面间，漫灰表面间的辐射换热）； 重点掌握遮热板原理。 角系数的可加性 组合面A（1+2）对面A3的辐射角系数。 分析 根据角系数的完整性： 即是： 又由角系数的相对性： 因此： 3. 角系数的计算 主要方法有： 积分法； 代数法； 图解法 两面封闭系统 有一个面为非自见面： 两平行大平面： 两个面都是自见面： 解：根据角系数的完整性： 举例 确定： 又由角系数的相对性： 由： 得： 得： 举例 确定： 由： 解： 得： 举例 确定： A3 三个非凹表面组成封闭系统 举例 确定：角系数 解：根据非自见面的角系数为0： 可求： 交叉线法 确定表面A1，A2的角系数。 分析 辅助线 解：封闭空腔 abcd 中 : 封闭空腔 abc ，abd中 : 因此： 11-4-2 黑体表面间的辐射换热 1. 任意位置的两黑体表面。 两黑体表面间的净辐射换热量： 或： 空间辐射热阻 2. 多个黑体组成的封闭空腔。 表面1对其它表面的辐射换热： 或： 第i个黑体表面的辐射换热量： 11-4-3 漫灰表面间的辐射换热 1. 有效辐射 设有一漫灰表面A，ε=α。 与表面A 有关的能量有： 投入辐射 G 吸收辐射αG 反射辐射ρG 自身辐射（辐射力）E =εEb 有效辐射 J 或： 合成辐射（净辐射热流）Φ 或： 两式联立，消去G，且ε=α。 表面辐射热阻 对黑体表面： 得： 2. 两漫灰表面间的辐射换热 两漫灰表面构成封闭空腔，且T1T2： 分析 因此 A1 和 A2 的净辐射热量： 即是： 黑体 A3 同时 A1 的净辐射热量： A2 的净辐射热量： 换热系统热平衡时： 将(a),(b),(c)相加，消去J1，J2得： A3 或： 系统黑度 两漫灰表面间的辐射换热网络图 系统黑度： 减少散热 保温瓶的夹层（银，铝薄层） 强化换热 电气设备（黑度大油漆） 两漫灰表面间辐射换热的几种简化形式： A1面为非自见面： 由： 得： 两个无限大平板间辐射换热： 由： 得： 两表面相差很大（大房间内小物体的辐射换热） 得： 由 3. 多个漫灰表面构成的封闭空腔中的辐射换热 辐射换热网络求解法： 应用有效辐射的概念，将辐射换热系统 模拟成相应的电路系统，借助于电学中克希 荷夫电流定律求解该系统的辐射换热问题。 三个漫灰表面构成的封闭空腔中的辐射换热 首先绘制辐射网络图： 然后列出各节点有效辐射的关系式 （注入每个节点的热流之和为零）： 节点J1： 节点J2： 节点J3： 根据已知条件，求解未知量。 已知三个表面温度T1, T2, T3；以及 A1, A2, A3, ε1, ε2, ε3, X1,2, X1,3, X2,3。 确定每个表面的有效辐射J1, J2, J3和 净辐射热量Φ1, Φ2, Φ3。 例如 具有重辐射面的封闭空腔中的辐射换热： 重辐射面：辐射绝热面，净辐射热流为0。 11—5 遮热板原理 如何削弱物体表面 之间的辐射换热： 采用反射率高的表面； 采用遮热板。 遮热板的作用： 在整个辐射换热中净辐射换热量为0。 即遮热板即不向原系统放出热量，也不从中 吸收热量，只是在热流通路中增大了原系统 的热阻，使换热表面之间的辐射换热受到阻碍。 举例 两个大平板A1, A2, 温度T1, T2, 发射率ε1,ε2。 中间放置遮热板T3 (T3’ =T3’’) ,ε3’ = ε3’’ 分析：无，有遮热板时辐射换热量的变化。 无遮热板时： 有遮热板时： 简化考虑： 可求： 且： 结论 加1块发射率与平板相同的遮热板后， 因此，加n块发射率与平板相同的遮热板后， 工程中选用反射率高，发射率小的材料 做遮热板 。 遮热板的辐射网络图 例　题 两平行大平板间的辐射换热，平板的黑度 分别为0.5，0.8。如果中间加进一块铝箔的 遮热板，其黑度为0.05。 试计算辐射换热量减少的百分率。 * * 热辐射： 物体由于受热而向外发射辐射能的现象。 热辐射的波长范围 11—1 热辐射的基本概念 理论上 ? ：0— ? 整个波谱； 日常生活, 工业上常见的温度范围内 ? ：0.1— 10