传热学第八章-2.ppt

稳态条件下： 假设各表面的黑度均相等，即： 整理，得： 加一遮热板后： 即：加入一块与壁面黑度相同的遮热薄板后，壁面辐射换热量减半；当加入n块与壁面黑度相同的遮热薄板后，壁面辐射换热量减小到原来的1/(n+1) 实际上，遮热板选用黑度小或反射率高的材料，远小于，遮热效果比上述分析的结果更有效。 如：表面磨光的金属薄板、铝箔等 网络图： § 8-6 气体辐射 在工业上常见的温度范围内，空气、氢等分子结构对称的双原子气体，实际上没有发射和吸收辐射能的能力，可认为是热辐射的透明体。而二氧化碳、二氧化硫、甲烷等三原子、多原子以及结构不对称的双原子气体却有相当大的辐射本领。当这类气体出现在换热场合中，就涉及到气体和固体间的辐射换热计算。 工程上二氧化碳和水蒸气的辐射计算很重要。本节采用这两种气体作为例子。 一 气体辐射的特点 1 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射的本领，而对于其他谱带则呈现透明状态。如图所示。 CO2 和H2O的主要吸收谱带 光谱辐射穿过气体层时的衰减 2 气体的辐射和吸收是在整个容积中进行的。 这是由于辐射可以进入气体，并在其内部进行传递，最后有一部分会穿透气体而到达外部或固体壁面，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。 二 气体辐射的衰减规律 当热辐射进入吸收性气体层时，因沿途被气体吸收而衰减。为了考察辐射在气体内的衰减规律，如图所示，我们假设投射到气体界面 x = 0 处的光谱辐射强度为 ，通过一段距离x后，该辐射变为 。再通过微元气体层 dx 后，其衰减量为 。 理论上已经证明， 与行程 dx 成正比，设比例系数为 ，则有 式中，负号表示吸收， 为光谱衰减系数，m-1，它取决于其体的种类、密度和波长。对上式进行积分可得 即 Beer 定律 式中，s 是辐射通过的路程长度，常称之为射线程长。从上式可知，热辐射在气体内呈指数规律衰减。 三 气体辐射的光谱吸收比、光谱发射率 Beer公式可以写为 光谱穿透比 根据Kirchhoff定律，光谱发射率为 对于气体，反射率为零，于是有 四 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发射率 ，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， 与射线程长s关系密切，而s取决于气体容积的形状和尺寸。如图8-18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。则其半径就是等效的射线程长，见图8-19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8-1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： 式中，V为气体容积，m3；A为包壁面积，m2。 例：求出半球各表面间的角系数 解：共有几个角系数 X1.1 X1.2 X1.3 X2.1 X2.2 X2.3 X3.1 X3.2 X3.3 其中 X1.1=X1.2=X2.1=X2.2=0 X1.3=X2.3=1 由相对性： 例题3：试确定图中表面1对表面2的角系数。 求 X1.2 但不能直接用，交换一下 由相对性知 先查 例题 用代数法确定图中的锅炉炉膛内火焰对水冷壁管的辐射角系数。 解：三非凹面构成的封闭系统 计算火焰对水冷壁管的角系数X： 将这些关系式代入上式得 所以 §8-5 封闭系统中灰体表面间的辐射换热 黑体表面： 在灰体表面间存在多次吸收、反射现象。如从有效辐射出发推导灰体间辐射换热的计算式很困难。用辐射网络法求解灰体间的辐射换热比较简单。为简化分析，假设各灰体是表面有效辐射均匀，具有漫射性的非透明灰体，且灰体表面间充满热的透明介质(不参与辐射和吸收） — 黑体不反射 灰体表面： — 灰体反射 有效辐射J（Radiosity）: 假设：灰体； ；投射辐射G 有效辐射J：单位时间内、由灰体 的单位表面积所射离的总能量 有效辐射J为灰体本身的辐射（辐 射力E）与反射辐射（ ）之和： 一、组成辐射网络的基本热阻 灰体表面的辐射换热量: 从表面外部或内部分析： 消去G1，得： 对于漫-灰表面： 1、表面辐射热阻: 灰体表面的辐射换热量: 表面网络单元 表面辐射热阻 表面辐射热阻 只取决于辐射表面的大小和黑度 黑度和表面积越大、表面辐射热阻越小 对于黑体： 表面辐射热阻为0， 由此可见，因为表面的黑度不等于1而产生的热阻，即由表面的因素产生的热阻，所以称为表面辐