传热学V4-第九章-辐射传热的计算.ppt

第九章　辐射传热的计算 Shanghai Jiao Tong University SJTU-OYH 传热学 Heat Transfer 9-1 角系数的定义、性质与计算 即便其它条件一致，两物体间的辐射换热量随表面的相对位置不同而存在较大的差异。（教材图9-1） Why 角系数定义：表面1发出的辐射能落到表面2上的百分数称为表面1对表面2 的角系 数X1,2 “发出” — 包含表面1自身的辐射和反射的辐射； “落到” — 不管表面2是否能够吸收； 角系数概念的假定：① 所研究的表面为漫射体 ② 表面的辐射热流均匀 角系数的基本属性： 纯几何因子，与表面的温度和发射率无关。 两黑体表面间的辐射换热量 传热学 Heat Transfer 9-1 角系数的定义、性质与计算 角系数的性质 相对性 完整性 可加性 角系数的相对性： 两个表面间的角系数 X1,2和X2,1 不是独立存在的。 （推导基于立体角概念和兰贝特定律） 两个有限大小表面 1 传热学 Heat Transfer 9-1 角系数的定义、性质与计算 角系数的性质 相对性 完整性 可加性 角系数的完整性： 由N个表面组成的封闭腔，有 2 表面1为非凹表面（凸面或平面）：X1,1＝0 表面1为凹表面：X1,1≠0 发射面1自身 凹表面 非凹表面 传热学 Heat Transfer 9-1 角系数的定义、性质与计算 角系数的性质 相对性 完整性 可加性 角系数的可加性： 设表面2由2A 和2B 两部分组成，有 3 表面1到表面2 表面2到表面1 注意： 角系数的直接相加仅适合角系数符号第二角码 传热学 Heat Transfer 9-1 角系数的定义、性质与计算 角系数的计算 直接积分法 代数分析法 几何分析法、蒙特卡罗法… 直接积分法： 利用角系数的基本定义通过多重积分求解。 1 四重积分太复杂？ 常见几何结构角系数的求解查图表 （教材图9-7～9-9、表9-1、9-2） 传热学 Heat Transfer 9-1 角系数的定义、性质与计算 角系数的计算 直接积分法 代数分析法 几何分析法、蒙特卡罗法… 代数分析法： 利用角系数的性质，通过求解代数方程组获得角系数的方法。 2 三个非凹表面组成的封闭系统 （忽略垂直方向两端辐射能的逸出） 相对性 完整性 传热学 Heat Transfer 9-1 角系数的定义、性质与计算 角系数的计算 直接积分法 代数分析法 几何分析法、蒙特卡罗法… 代数分析法： 利用角系数的性质，通过求解代数方程组获得角系数的方法。 2 三个非凹表面组成的封闭系统 （忽略垂直方向两端辐射能的逸出） 以线段长度表示 传热学 Heat Transfer 9-1 角系数的定义、性质与计算 角系数的计算 直接积分法 代数分析法 几何分析法、蒙特卡罗法… 代数分析法： 利用角系数的性质，通过求解代数方程组获得角系数的方法。 2 两个非凹表面及假想面组成的封闭系统 （垂直方向无限长） 完整性 传热学 Heat Transfer 9-1 角系数的定义、性质与计算 角系数的计算 直接积分法 代数分析法 几何分析法、蒙特卡罗法… 代数分析法： 利用角系数的性质，通过求解代数方程组获得角系数的方法。 2 两个非凹表面及假想面组成的封闭系统 （垂直方向无限长） 又称为交叉线法。 交叉线和不交叉线均指虚拟的辅助线。 传热学 Heat Transfer 9-2 被透热介质隔开的两固体表面间的辐射换热 透热介质： 不参与热辐射的介质。 封闭腔模型：计算任一表面与外界的辐射换热，必须计及空间各方向辐射能的发射和接收。因此，计算对象必须是包含所研究表面的封闭腔。 封闭腔边界可以是全部真实的，亦可部分虚拟的。 封闭腔模型适用于黑体和漫灰表面间辐射换热计算。 被透热介质隔开的两固体表面间的辐射换热 两黑体表面 两漫灰表面 导热、对流传热 辐射传热 直接接触的物体 物体表面间被真空或者透热介质隔开 吸收比小于1，且存在对投入辐射的反射 传热学 Heat Transfer 9-2 被透热介质隔开的两固体表面间的辐射换热 1 被透热介质隔开的两黑体表面间的辐射换热 角系数的相对性 黑体辐射换热的等效网络 空间辐射热阻 黑体辐射换热计算的关键在于角系数X1,2的求取 空间辐射热阻的理解？ 传热学 Heat Transfer 9-2 被透热介质隔开的两固体表面间的辐射换热 2 被透热介质隔开的两漫灰表面间的辐射换热 漫灰表面吸收与发射辐射能的特点 有效辐射J 的概念 投入辐射 G： 单位时间投射到单位表面积的总辐射能。 有效辐射 J：单位时间离开单位表面积的总辐射能，包括自身辐射和反射辐射。 漫灰表面1 外能感受到的表面辐射即有效辐射 J1，计算漫灰表面的辐射换热