[物理]第7章 辐射换热计算.ppt

* （a）有一个表面为黑体或面积很大 设表面3为黑体。此时其表面热阻为(1-?3)/(?3A3) =0，从而有J3 = Eb3，这样网络图就可以简化成下图，代数方程简化为二元方程组（节点1和节点2的方程不变）。 Eb1 J1 J2 Eb2 J3= Eb3 表面3为黑体 * * （b）有一个表面绝热 设表面3绝热，即表面3的净辐射换热量Q为零。则， J3 = Eb3 。表面3绝热的等效电路图如下。 即该表面的有效辐射等于某一温度下的黑体辐射。与已知表面3为黑体的情形所不同的是，此时绝热表面的温度是未知的，要由其它两个表面决定。 Eb1 J1 J2 Eb2 J3= Eb3 * * 注意此处J3 = Eb3是一个浮动电势，取决于J1、J2及它们之间的两个空间热阻。下图是另一种等效电路的表示方法。 Eb1 J1 J2 Eb2 J3 * * 辐射换热系统中，这种表面温度未定而净辐射换热量为零的表面称为重辐射面。 对于三表面系统，当其中一个表面为重辐射面时，其余两个表面间的净辐射换热量可以方便的按上图写出为 Eb1 J1 J2 Eb2 J3 Req * * 为零。因此J3 = Eb3是个已知量，其等效网络图①如右图所示。 例：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。需画出等效网络图。 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 * * 由角系数的性质： 计算网络中的各热阻值②： 计算各表面相应的黑体辐射力： * * 对J1、J2节点建立节点方程③： 节点1 节点2 联立求解④得： * * 于是，板1的辐射散热⑤为： 板2的辐射散热为： 厂房墙壁的辐射换热量为： * * 讨论：表面1、2的净辐射换热量Q1及Q2均为正值，说明两个表面都向环境放出了热量。这部分热量必为墙壁所吸收。上述结果中的负号表示了这一物理意义。 * * 例：在上例中若厂房的壁面为重辐射表面，在其它条件不变时，计算温度较高表面的净辐射散热量。 解：这时网络图如图，串并联电路部分的等效电阻为 Eb1 J1 J2 Eb2 J3 * * Eb1 J1 J2 Eb2 J3 在Eb1与Eb2之间的总热阻为： 温度较高的表面的净辐射散热量为： 可见，表面3为重辐射表面时情况不大相同。 * * 减少表面间辐射换热最有效的方法是采用高反射比的表面涂层，或者在辐射表面之间加设辐射屏。 T1 T2 T3 ?1 ?2 ?3 ③ 辐射屏 如果在两个进行辐射换热的漫灰表面之间再放置一个不透明的漫灰表面，此时由于这第三个表面的存在而使原有两表面之间的辐射换热量大为减少。这是由于第三个表面对辐射能的屏蔽作用造成的。因而称之为辐射屏。 　　已知两平板的温度各自均匀分布，且分别等于T1和T2，它们的黑度分别为ε1和ε2。此时在两平板之间平行放入一个平板3，其黑度为ε3，那么平板3就成为一块辐射屏。 没有辐射屏时，等效网络图为： * * 有辐射屏时，等效网络图为： 如果所有平板的黑度均相同，即 * * 第七章作业 习题：13（X1,2=0.18）、14、15、 18 （X1,2=0.25) 华中科技大学热科学与工程实验室 HUST Lab of Thermal Science Engineering * * 第七章 辐射换热计算 §7-1 被透明介质隔开的黑体表面间的 辐射换热 §7-2 被透明介质隔开的灰体表面间的 辐射换热 * * 假设： (1)把参与辐射换热的有关面视作一个封闭腔，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的介质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。 * * §7-1 被透明介质隔开的黑体表面间 的辐射换热 1 角系数的概念 表面1发出的辐射能中落到表面2上的百分数称为表面1对表面2的角系数，记为X1,2 两黑体之间的辐射换热量为： * * 2 角系数的性质 ① 相对性 描述了两个任意位置的漫射表面之间角系数的相互关系，称为角系数的相对性（或互换性） ② 完整性 任何物体都与其它所有参与辐射换热的物体构成一个封闭空腔，所以它发出的辐射能百分之百地落在封闭空腔的各个表面上，因此一个表面辐射到半球空间的能量全部被其它包围表面接收 *