传热学-第九章辐射换热的计算.ppt

§9-1角系数的定义、性质及计算§9-4辐射换热的强化与削弱由于工程上的需求，经常需要强化或削弱辐射换热。强化辐射换热的主要途径有两种：(1)增加发射率；(2)增加角系数。削弱辐射换热的主要途径有三种：(1)降低发射率；(2)降低角系数；(3)加入隔热板。其实插入防热板相当于降低了表面发射率。本节主要讨论这种削弱辐射换热的方式。对于两个无限大平面组成的封闭系统，其换热量为:为简单起见，假设，则上式变为。现在在两面之间插入一块发射率仍为的遮热板，这样就组成了两个换热系统，如图9-15所示.稳态时有:可见，与没有遮热板时相比，辐射换热量减小了一半。图9-15遮热板§9-5气体辐射本节将简要介绍气体辐射的特点、换热过程及其处理方法。在工程中常见的温度范围内，和具有很强的吸收和发射热辐射的本领，而其他的气体则较弱，这也是本节采用这两种气体作为例子的原因。1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9-16所示。(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。图9-16CO2和H2O的主要吸收谱带图9-17光谱辐射穿过气体层时的衰减2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9-17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。3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对于气体，反射率为零，于是有根据Kirchhoff定律，光谱发射率为4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，与射线程长关s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。图9-18气体对不同地区的辐射图9-19半球内气体对球心的辐射除了与s有关外，还与气体的温度和气体得分压力有关，于是我们有如下关系利用上面的关系，可以采用试验获得，图8-20给出了时的水蒸气发射率的图线。图8-21则是其修正系数，于是，水蒸气的发射率为对应于的图分别是8-22和图8-23。于是图9-20图9-21修正系数图9-22**第九章辐射换热的计算前面讲过，热辐射的发射和吸收均具有空间方向特性，因此，表面间的辐射换热与表面几何形状、大小和各表面的相对位置等几个因素均有关系，这种因素常用角系数来考虑。角系数的概念是随着固体表面辐射换热计算的出现与发展，于20世纪20年代提出的，它有很多名称，如，形状因子、可视因子、交换系数等等。但叫得最多的是角系数。值得注意的是，角系数只对漫射面(既漫辐射又漫发射)、表面的发射辐射和投射辐射均匀的情况下适用。1.角系数的定义在介绍角系数概念前，要先温习两个概念投入辐射：单位时间内投射到单位面积上的总辐射能，记为G。下面介绍角系数的概念及表达式。(1)角系数：有两个表面，编号为1和2，其间充满透明介质，则表面1对表面2的角系数X1,2是：表面1直接投射到表面2上