冶金传输原理（第2版）传热学15 辐射换热的计算.ppt

15.3辐射换热的网络方法联立求解可得出各表面的有效辐射值。在实际辐射换热计算中，有时会遇到辐射换热表面与一个绝热面相连接，或者完全被绝热面包围的情况。如工业炉炉墙的内壁面，炉门孔的围壁等，可近似看作绝热面，它们的净辐射等于零，也就是说该壁面的E=αG。由于这种壁面与辐射换热表面间无净辐射能量交换，只起中间介质的作用，所以通常称为“重辐射面”。图是被重辐射面包围的两个表面间辐射换热的网络，A3面为重辐射面。网络可看作一个串-并联等效电路，A1和A2之间的辐射换热量可用下式计算：15.3辐射换热的网络方法[例题15-6]有一炉顶隔焰加热熔锌炉，炉顶被煤气燃烧加热到1173K，熔池液态锌温度保持873K，炉膛空间高0.5m。炉顶为碳化硅砖砌成，设炉顶面积F1与熔池面积A2相等，为1×3.8m2，已知碳化硅砖的黑度ε1=0.85，熔锌表表面黑度ε2=0.2。假定炉墙散热损失可忽略，求炉顶与熔池间的辐射换热量。解：因炉墙散热损失可忽略，因此其内壁A3可视为绝热壁。考虑到该辐射换热系统的辐射网络图。因此A1与A2间的辐射换热量由考虑总热阻来计算。已知：D=0.5m，X=3.8m，Y=1.0m。15.3辐射换热的网络方法查相关图可得：根据相对性由上可得出：Req=0.34，熔池得到的辐射热流量15.3辐射换热的网络方法15.3.4两表面间有隔热屏时的辐射换热网络在实际工程问题中，为了减少表面间的辐射换热量，除了减少换热表面的辐射率外，亦可在表面间增设隔热屏，以增加系统热阻。假定有两块彼此平行的无限大平板，见下图对图中的温度和辐射率分别为T1、ε1和T2、ε2，面积为A，其辐射换热流密度公式：15.3辐射换热的网络方法若在平板1和2之间放置—块面积相同的隔热屏3，见上图中b，其温度为T3，辐射率为ε3。假定隔热屏很薄，且导热系数很大，它既不增加也不带走换热系统的热量，则该系统的辐射换热网络如图所示。平板1和2间的辐射换热量为：15.3辐射换热的网络方法假定ε1=ε2=ε3=ε，且考虑到φ13=φ32=1，则前面两式可分别简化为两平板间加入一块辐射率与其相同的隔热屏后，两平板间的辐射换热量将减少至原来的1/2，若放置n块辐射率同为ε的隔热屏，则同样可以证明辐射换热量将减少到原来的1/(n+1)，即可以得到：[例题15-7]辐射率ε1=0.3和ε2=0.8的两块大平板之间进行辐射换热，当它们中间设置ε3=0.04的一块磨光铝制隔热屏后，试问辐射换热量减少多少？解：无隔热乒的两大平板之间的辐射换热通量为：设置隔热屏后，由辐射网络图可得辐射换热通量为：15.3辐射换热的网络方法其中：所以：设置隔热屏后，辐射换热量为原来的6.81%，减少了93.19%。可见采用隔热屏的作用在冶金过程是重要的。15.3辐射换热的网络方法第15章辐射换热的计算15.1黑体表面间的辐射换热15.2灰体表面间的辐射换热15.3辐射换热的网络方法15.4气体辐射15.5气体与围壁表面间的辐射换热15.6小结自然界中不存在理论上的黑体，实际上只有少数物质表面对辐射能量的吸收能力接近于黑体。黑体所遵循的简单规律，可以作为自然界中各种物质间的比较标准。需要特别指明的是，“黑体”这个名字是由于物体吸收全波长的辐射能量——包括可见光范围的辐射线，因而该物体对人眼来讲表现为黑色的。但在工业温度范围内(T2000K)，可见光波段内的辐射能占总辐射能的比例非常小。因此，黑色的物体不—定是黑体，白色的物体也不一定是白体。15.1黑体表面间的辐射换热黑体是一个完全吸收体，也是一个完全发射体，它吸收的能量愈大则往外辐射的能量也愈大。黑体的辐射是各向同性的。黑体的辐射总能量是温度的单值函数。利用吸收率和发射率的概念描述，黑体的吸收率和发射率等于1，即：α=ε=1。黑体的这些辐射特性很适合于作为一般实际物体辐射的比较标准。应该指出，在前面的讨论中，虽然是对全波长的总辐射特性而言，实际上这些结论也同样适用于单色的黑体辐射。15.1黑体表面间的辐射换热15.1.1角系数的定义(1)角系数：由表面1投射到表面2的辐射能量Q1→2占离开表面l的总辐射能量Q1的份数称为表面1对表面2的角系数15.1黑体表面间的辐射换热(2)微元面对微元面的角系数：如图所示，黑体微元面dA1对微元面dA2的辐射能为：由黑体辐射力和辐射强度的关系和立体角定义15.1.2角系数性质(1)相对性：根据角系数的定义和解析式，导出角系数的关系。(2)完整性：对于有n个表面组成的封闭系统，