第9章 辐射传热的核算ppt

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  1、第9章 辐射传热核算,基 本 要 求,1把握辐射角系数的界说、特性及常用核算 办法，并能针对实际状况核算角系数 2能进行两外表体系的辐射传热核算 3能针对实际辐射传热体系娴熟制作辐射网 络图，并能使用网络法进行多外表体系的 辐射传热核算 4了解辐射性气体与非辐射性气体的概念、 气体辐射的特色 5能进行辐射传热进程强化与削弱的剖析(包 括进行有遮热板的辐射传热体系),主 要 内 容,要点：固体外表间辐射传热的核算,角系数的界说、性质及核算 两外表关闭体系的辐射传热 1、两黑体间的辐射传热 2、由两个等温的漫灰外表组成的关闭 体系的辐射传热 多外表体系的辐射传热 辐射传热的强化与削弱 归纳传热问题

  2、剖析,9.1 辐射传热的角系数 辐射换热核算的根底,一、角系数的界说 二、角系数的特性：相对性、完整性、可加性 三、角系数的核算：直接积分法、代数剖析法、 几许剖析法、形状分解法,9.1.1 角系数的界说及核算假定,假定：(1)所研讨外表是漫射的 (2)在所研讨外表的不同地址上向外发射的 辐射暖流密度是均匀的,界说: 外表i宣布的辐射能中 落到外表j上的百分数， 称为外表i对外表j的角 系数，记为Xi，j,角系数是一纯几许因子,9.1.2 角系数的性质相对性、完整性、可加性,1.角系数的相对性：,2、角系数的完整性：,关于图示由n个外表所组成的关闭体系，有：,其间： 关于平面或凸面，Xi，i=

  3、0 关于凹面，Xi，i0,3、角系数的可加性：,广义办法：,9.1.3 角系数的核算办法,1、直接积分法（数学剖析法） 直接使用角系数的界说，得,几种典型三维几许体系的角系数线；相应的角系数核算公式见P402表9-2； 某些二维结构的角系数核算公式见P401表9-1,2、代数剖析法*使用角系数的三个性质求解,成果：,成果：,(2)穿插线法,条件：a.二个外表均为非凹 外表； b.垂直于纸面方向为 满足长,3、根据已知几许联系的角系数, 推出其他几许联系 的角系数-也称形状分解法,要害：,实例：例题9-1,4、几种特别几许联系的角系数,(2)两平行大平板：,(1)容纳联系

  4、（1是被包物体凸面）,其间，X2,（1+A）、 X2,A可由线,例：求锅炉炉堂内火焰对水冷壁管的角系数,9.2 两外表关闭体系的辐射传热,条件：固体外表间的介质对热辐射通明(透热介质),9.2.1 两黑体外表组成的关闭腔的辐射传热,1. 关闭腔模型 在辐射传热核算中, 核算目标有必要是包括所 研讨外表在内的一个关闭腔。该关闭腔的外表 可所以实在的，也能够部分是虚拟的。 这样，在核算任何一个外表与外界之间的 辐射传热时，可确保把由该外表向空间各个方 向发射出去的辐射能及由空间各个方向投入到 该外表的辐射能均包括进去。,2. 两黑体外表封

  5、闭体系的辐射传热,灰体间辐射传热的特色： 存在屡次吸收和反射进程,9.2.2 有用辐射,1. 有用辐射的界说,有用辐射J 在单位时间内脱离外表单位外表积的总辐射 能，称为该外表的有用辐射,投入辐射G 单位时间内投射到单位外表积上的总辐射能， 称为对该外表的投入辐射,假定:外表温度均匀,且发射特性和吸收特性是常数,2. 有用辐射与辐射传热量的联系(拜见右图)：,注：考虑到外表1的恣意性，后 两式中已删除了下角码“1”,或：,9.2.3 两个漫灰外表组成的关闭腔的辐射传热,将式（9-12）别离使用于外表1、2，有：,参照黑体公式(9-11),关于两灰体外表间的辐射传热有：,上面三式联立求解（ ）

  6、，解得：,式中，,称为体系发射率(其值与辐射传热体系的组合有关,1),特例（简化）：,2、,典型实例： 热水瓶胆、贮液容器、双层玻璃窗等等,3、,典型实例： 放置于大房间内的小物体（如高温管道）与房间壁间的辐射传热； 热电偶节点（或其他温度计的温包）与管壁间的辐射传热； 厂房内设备的辐射散热； 锅炉观察窗与炉膛壁间的辐射传热，等等。,例：q、的核算（P408-410）,例9-2：液氮贮存容器单位面积散热量q的核算 简化成两无限大平行平板处理,例9-3：置于方形砖槽道内的钢管辐射热丢失的核算 直接用公式（9-15）或近似选用A1/A20 模型,例9-4：圆筒形埋地式加热炉热丢失的核算* （同类型

  7、问题：热金属板中的孔壁对外辐射）,处理办法： (1)将开口看作温度为环境温度的黑体 (2)温度、黑度条件相同且相连的内表 面作为一个外表处理,三个等温黑外表组成的关闭腔辐射,9.3 多外表体系的辐射传热,2、核算办法： 网络法* 把辐射热阻比较成等效的电阻，然后 经过等效的网络图来求解辐射传热 数值法（原理同导热问题的数值核算）,1、本节评论要点：某一外表的净辐射传热量的核算 工程核算的最大的意图 某一外表的净辐射传热量 为该外表与其他各外表别离传热的传热量之和,9.3.1 两外表换热体系的辐射网络,1、外表网络单元,特例：黑体， =1， Rs =0，Eb=J； 大外表(A很大)， Rs 0，

  8、Eb J,等效电路图：,2、空间网络单元,由式（d）：,得：,等效电路图：,(1)画出等效的辐射网络图，并求出各热阻值及与 各外表温度对应的Eb值；,(2)列出各节点的节点电流方程（根据：直流电路 中的基尔霍夫定律），得一代数方程组；,(3)求解上述代数方程(组)，得各节点电势值Ji*；,(4)核算辐射传热量。其间：,9.3.2 多外表关闭体系辐射网络法求解进程,(1)剖析辐射换热体系的换热状况，确认参加换热的表 面个数，并进行编号；,(2)画出节点（每一换热外表为一个节点），并顺次 标为J1、J2、J3、等等；,(3)逐一剖析换热外表的特性，确认外表热阻： 外表为黑体时，外表热阻为零，J=E

  9、 b； 大外表的外表热阻趋近于零，JE b；,(4)逐一剖析两两外表间的换热状况，确认空间热阻： 如两外表可见，则在该两外表间连一空间热阻； 如两外表不行见，则不连空间热阻(断开)。,辐射网络图的画法,（1）二个灰体外表间的辐射换热网络图：,辐射网络图画法举例：,（2）三个灰体外表间的辐射换热网络图：,（3）四个灰体外表间的辐射换热网络图,9.3.3 三外表关闭体系中的几个特例,(2)其间一个外表为大外表，则 外表热阻为：,留意(a)(b)两种 状况的不同,关于(b)或(c),有,例9-5： 两块温度、黑度、尺度 及距离必定的平行平板置于 温度安稳的大房间内 (平板 反面不参加换热) 求：(1

  10、)每板的净辐射散热量 (2)厂房墙面得到的辐射热量,剖析：板1、2为灰外表， 厂房3 为灰外表（大外表，外表热阻可视为零）,例9-6：大房间的墙面为重辐射面，其他同例9-5 求：温度较高外表的净辐射散热量 即求,留意： 1、多外表体系外表的区别根据：以热鸿沟条件为 主（不该纯按几许面区别） 2、前面评论问题均为第一类鸿沟条件；其他鸿沟 条件下的求解及成果可拜见文献1、2 3、核算中应留意有用数字的位数，特别是在求各 节点的有用辐射 Ji 时。,例9-7：辐射采暖房间，顶棚设置加热器 求：(1)顶棚总辐射热量 (2)其他外表的净辐射换热量 留意外表的区别办法,问题类型： 四个灰体外表组成的 关闭

  11、腔的辐射换热问,网络图,其间:1(顶棚)-加热面 2,3侧墙 4地板,9-4 气体辐射的特色（简介）,常见的辐射性气体：三原子气体、多原子气体、 结构不对称的双原子气体(如CO) 非辐射性气体(热辐射的通明体) ：结构对称的 双原子气体,辐射性气体 具有发射和吸收辐射能的才能的气体,9.4.1 气体辐射的特色：,1. 气体辐射对波长有(激烈的)选择性 只在某些波长区段内具有辐射才能, 相应地 也只在相同的波长区段内才具有吸收才能,辐射性气体的光带见P420图9-27,2. 气体的辐射和吸收在整个容积中进行,就吸收而言, 投射到气体层界面上的辐射能 经过吸收性气体层时，在辐射行程中被气体吸收 而

  12、削弱; 就辐射而言, 气体层界面上所感遭到的 辐射为抵达界面上的整个容积中的气体的辐射.,被辐射性气体（吸收性介质）所离隔的两表 面间的辐射换热核算略.,9.5 辐射传热的操控(强化与削弱),要求： 了解强化与削弱辐射传热的根本办法及其工程使用,9.5.1 操控物体外表间辐射传热的根本办法 (条件: 冷、热外表温度必定, 即Eb1、Eb2必定) 操控外表热阻 操控空间热阻,1. 操控外表热阻,(1)改动外表积A,(2)改动换热外表的发射率* 首要改动对辐射传热影响最大的那一外表的 发射率(即串联环节中外表热阻最大的外表)； 当辐射传热一起触及温度较低的红外辐射与 温度较高的太阳辐射时, 操控红

  13、外辐射的发射率与 对太阳辐射的吸收比应一起下手.,使用实例: 太阳能集热器中的选择性涂层 要求: 红外辐射的发射率尽可能地小, 对太阳辐射 的吸收比s尽可能地大.,2. 操控空间热阻,(1) 改动外表积A,(2) 改动两外表的安置以改动角系数* 如关于两无限大平板，平行放置时的角系数最大,使用实例: 送风式电子器件机箱中的元件安置,特征：遮热板在整个辐射传热体系中并不放出 或带走任何热量，只是在暖流通路中另 外添加了阻力，使得整个传热进程遭到 阻止，即隔绝辐射传热 。,9.5.2 遮热板的原理及使用,1 、遮热原理剖析首要把握剖析办法,要害： 在热稳态状况下有q1,3=q3,2=q1,2,推导

  14、进程,由式（9-16）得：,使用热稳态条件q1,3=q3,2=q1,2，从上面两式消去Eb3 后可解得：,上式中，q1,2(0)为无遮热板时外表1，2间的辐射传热量,附：加一块遮热板，但三板黑度不同(仍都为灰体)时,使用热稳态条件从上面两式可解得：,消去Eb3后得：,1=2=3=时即为前式,定论,在两黑度相同的平行平板间参加黑度相同的 n 块遮热板，其辐射传热量将减小为本来的1/(n+1)。 所加遮热板的黑度越小、遮热板块数越多，遮热作用越显着,汽轮机中, 用于削减内、外套管间的辐射传热 用于低温容器（杜瓦瓶）隔热保温； 用于超级隔热油管； 用于进步测温准确度。 如：遮热罩抽气式热电偶(可削减

  15、测温差错) 等等。,2.遮热板的使用实例,第9-6节 传热问题归纳剖析 提出问题、作出假定、 树立模型、理论求解,实例： 1、炉膛辐射暖流密度的测定 2、遮热罩抽气式热电偶测温 3、轿车后窗玻璃的热剖析,9.6.1 炉膛辐射暖流密度的简易测定办法,假定： (1)过桥的导热系数为常数； (2)疏忽过桥背火面与炉墙间的辐射传热； (3)火焰对过桥外表的辐射暖流均匀； (4)辐射暖流一经外表吸收即成为平行于过桥 壁面而向两边传导的导热暖流； (5)过桥外表温度远低于火焰温度； (6)疏忽过桥外表与烟气间的对流传热。,热平衡联系：,求解成果：,9.6.2 遮热罩抽气式热电偶测温,(2)加遮热罩后,遮热

  16、罩温度t3tw， 热平衡联系为：,P436例：热电偶测温问题核算 无罩时：测温绝对差错206.2 测温相对差错20.7% 有罩时: 测温绝对差错48.8 测温相对差错4.88%,轿车后窗玻璃的热剖析,假定： (1) 内热源（电热丝产热）均匀； (2)玻璃中的导热进程为一维安稳进程； (3)内侧复合外表传热系数ht,i与外侧外表传热系 数h0均已知,热平衡联系：,9.6.3 辐射传热系数,界说：,即：,称为辐射传热外表传热系数 简称辐射传热系数，其值与 体系状况有关,1、角系数的界说 2、角系数的特性： 3、角系数的核算：,相对性、完整性、可加性,直接积分法(线算图)； 代数剖析法(三解形法、交

  17、叉线法)； 形状分解法； 几种典型几许联系的角系数： 容纳联系(X1,2=1)、 两平行大平板(X1,2=X2,1=1),第9章 小 结,一、角系数的界说、性质及其核算,9.2 两外表关闭体系的辐射传热,一、黑体间的辐射换热,要害：角系数的核算,二、由两个等温的漫灰外表组成的关闭体系 的辐射换热,1、有用辐射与投入辐射的概念 2、辐射换热核算公式,几个特例（简化）：,1、外表1 为非凹外表，X1，2=1:,2、,典型实例：热水瓶胆、贮液容器、双层玻璃窗等,3、,9.3 多外表体系的辐射传热-辐射网络法*,1. 两外表间的辐射换热量i,j与某一外表的净 辐射换热量i的不同 2. 外表热阻与空间热

  18、阻及相应的网络单元 3. 网络图的画法,特例：黑体, =1, Rs =0，Eb=J； 大外表, Rs 0， Eb J,4. 多外表关闭体系辐射网络法求解进程,5. 三外表关闭体系中的几个特例 (1)其间一个外表为黑体 (2)其间一个外表为大外表 (3)其间一个外表为绝热面(重辐射面),6. 运用网络法时应留意的问题： (1)多外表体系外表的区别根据：以热鸿沟条件为主 (不该纯按几许面区别) (2) 核算中应留意有用数字的位数，特别是在求各节 点的有用辐射 Ji 时。,9-4 气体辐射的特色,1. 辐射性气体的概念及辐射性气体与非辐射性气体的区别,2.气体辐射的特色,气体辐射对波长有选择性 (2

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