传热学第七章辐射换热计算.ppt

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1、传热学第七章辐射换热计算现在学习的是第1页，共41页第一章 绪 论 第二章 导热基本定律和稳态导热 第三章 非稳态导热第四章 对流换热原理第五章 单相流体对流换热特征数关联式第六章 热辐射基本定律第七章 辐射换热计算现在学习的是第2页，共41页第七章第七章 辐射换热计算辐射换热计算 7.1 7.1 黑表面间的辐射换热黑表面间的辐射换热 7.2 7.2 灰表面间的辐射换热灰表面间的辐射换热 7.37.3 辐射换热的强化和削弱辐射换热的强化和削弱 现在学习的是第3页，共41页7.1 黑表面间的辐射换热 a.平行放置平行放置b.水平放置水平放置c.倾斜放置倾斜放置122211现在学习的是第4页，共4

2、1页2121两个平表面两个平表面一个平表面和一个平表面和一个凹表面一个凹表面现在学习的是第5页，共41页7.1.1 角系数 一个表面发射出的辐射能中落到落到另一个表面上的份额，一般用X12或X21来表示。 1. 定义：定义：A1，T1A2，T21 21 212111bQQXQE A2 12 121222bQQXQE A现在学习的是第6页，共41页说明：说明： 角系数只是一个纯粹的几何量，仅取决于表面的大小、形状和相互位置 ； 角系数的提出意义 ：方便计算；两个黑表面间的净辐射换热量为： 121 22 1QQQ1211122221bbQE A XE A XA2，T2A1，T1现在学习的是第7页，

3、共41页1211122221bbQE AXE A X 由上面的公式可以看出，一般情况下，黑体表面的温度和面积均已知，因此，我们求解黑体表面之间的辐射换热问题就可归结为求角系数的问题，这就是研究角系数的意义所在 。 现在学习的是第8页，共41页2.角系数的性质角系数的性质 相对性相对性 1211122221bbQE AXE A X11122221bbE A XE A X热平衡热平衡T1T2112221A XA X现在学习的是第9页，共41页 完整性完整性 对于任一表面 i ，它向其它各表面（包括自身表面）投射的能量的总和，就是它向外辐射的总能量，即： 12iiii ii nQQQQQ按照角系数的

4、定义，两边同除以Qi，应该有 ： 121iiiiinXXXX现在学习的是第10页，共41页 分解性分解性 A1A2A3根据能量守恒，应该有 ： 1 (2 3)1 21 3QQQ111 (2 3)111 2111 3bbbEAXEAXEAX1 (2 3)1 21 3XXX现在学习的是第11页，共41页3.角系数的计算方法角系数的计算方法 工程上角系数的确定方法多种，主要有积分法、查曲线法、代数法等，这里只给大家讲解代数法的求解过程 。 根据角系数的完整性，应有： 121321233132111XXXXXX现在学习的是第12页，共41页112221113331223332A XA XA XA XA

5、 XA X根据角系数的相对性，应有： 121321233132111XXXXXX112113122122323313323A XA XAA XA XAA XA XA1231212AAAXA现在学习的是第13页，共41页平行长方形表面间的角系数平行长方形表面间的角系数现在学习的是第14页，共41页相互垂直的长方形表面间的角系数相互垂直的长方形表面间的角系数现在学习的是第15页，共41页两同轴平行圆盘表面间的角系数两同轴平行圆盘表面间的角系数现在学习的是第16页，共41页 例7.1 如图所示，已知 ， 求 。1 2,30.15X2,30.24X1,3?X解：解：123100010005005001

6、 2(1 2),311,322,3AXA XA X1,3(1 2),32,320.06XXX现在学习的是第17页，共41页7.1.2 黑体间辐射换热计算 121 22 111122221bbQQQE A XE A X 根据角系数间的相对性，上式可以写成根据角系数间的相对性，上式可以写成 ：1212112bbQEEA X 12121121bbQEEA X现在学习的是第18页，共41页 它只取决于物体间的几何关系，如它只取决于物体间的几何关系，如表面大小、形状和相对位置都会影表面大小、形状和相对位置都会影响到空间热阻的大小。响到空间热阻的大小。12121121bbEEQAX空间热阻空间热阻现在学习

7、的是第19页，共41页举例：举例： 12T1、A1T2、A212211XX44121212bbbQEEATTA12121121bbEEQAX现在学习的是第20页，共41页三个表面的辐射网络图：三个表面的辐射网络图： 1121A X1131AX2231A X1231bE2bE3bE现在学习的是第21页，共41页 当组成封闭空腔诸表面中有某个表面 i 是绝热时，它在参与辐射过程中没有净热量交换，即Qi0，这时投射到该表面上的辐射能将全部反射出去，这种表面叫做重辐表面。重辐表面：重辐表面： 1121A X1131AX2231A X121bE2bE现在学习的是第22页，共41页 例7.2 有一半球形容

8、器r1m，底部的圆形面积上有温度为200的辐射表面1和温度为40 的吸热表面2 ，它们各占圆形面积的一半，1，2表面均为黑表面，容器壁3为绝热表面，试求1、2之间的辐射换热量和容器壁3的温度。解：解：31221bE2bE1131AX2231A X1现在学习的是第23页，共41页1232bbbEEE121,2131232180011bbEEQWX AXA3132131232011bbbbEEEEX AX A331320QQQ由，可知：4441232TTT3415TK现在学习的是第24页，共41页 7.2.1 有效辐射 定义：定义：单位时间内离开离开物体单位表面积的总辐射能，用 J 表示。 111

9、11bJEG灰体每单位面积的辐射净热量： 121111/bJGqW mEG现在学习的是第25页，共41页 将G用J1代入，并考虑到对于灰表面，应该有 ，可得 ： 11111111bEJq1111111bEJQA11bE1J1111A表面热阻表面热阻现在学习的是第26页，共41页 表面热阻，可以看成是表面不是黑表面而造成的，对于黑表面，发射率为0，表面热阻为0，而且表面的吸收率或发射率越大，表面就越接近黑体，表面热阻值也就越小。现在学习的是第27页，共41页7.2.2 组成封闭空腔的灰表面间的辐射换热 1.两个灰表面两个灰表面111AT222AT表面1净损失热量： 1111111bEJQA表面2

10、净得到热量： 2222221bJEQA11bE1J1111A现在学习的是第28页，共41页表面1、2间的净辐射换热量： 11212212A X JA X J11212A XJJ121121JJA X2J1121A X1J12Q现在学习的是第29页，共41页根据能量守恒，应有： 联立上三式，可得： 1212121112122111bbEEQAX AA11bE1J1111A2J1121A X22221A2bE1212QQQ12Q现在学习的是第30页，共41页2.凹表面和凸表面凹表面和凸表面 若表面 1 为凹表面，则须用一个假想的平直表面 3 来代替表面 1 ，并将面积 A3 代入相应公式计算。A3

11、现在学习的是第31页，共41页3.特殊情况下的简化特殊情况下的简化 两平行大平板 1212121112122111bbEEQAX AA X12X211，A1A2A 44121212111bA TTQ现在学习的是第32页，共41页 大空腔与内包非凹壁 1212121112122111bbEEQAX AA44112121122111bATTQAA 若 A2 远大于 A1 ，则有： 44121112bQATT现在学习的是第33页，共41页44112121122111bATTQAA现在学习的是第34页，共41页4.三个灰表面三个灰表面 若对于三个表面我们通常求的是每个表面跟封闭空腔内其它各个表面的净辐

12、射换热量Q1，而不是这个表面和另一个表面间的净辐射换热量Q12。现在学习的是第35页，共41页1111111bEJQA 基尔霍夫电流定律：基尔霍夫电流定律：流入每个节点的电流（热流）之和等于零。 1131211111211311:0111bEJJJJJJA XA XA现在学习的是第36页，共41页 例7.3 有一圆柱形一端开口的空腔体，其直径和高度均为100mm，表面温度t1327，发射率 0.75，此空腔放置在大房间中，房间表面温度t227，试计算通过空腔体开口的辐射热损失。解：解：A2A111bE1J2211A X21111A2bE现在学习的是第37页，共41页 例7.4 有一圆柱状容器，

13、直径为0.1m，高也为0.1m，上下圆面积之间的角系数 ，若下底面A1温度为T1500K，发射率 0.9，侧面A2绝热，顶面A3敞口，该容器放置在大房间中，房间的绝对温度为300K，求容器通过A3面向外辐射的热损失。1130.17XA2A1A3现在学习的是第38页，共41页例7.5 一个外径为d1的圆管，置于另一个内径为d2的圆管中，如果两个管的温度分别为T1和T2，且T1 T2 ，两管的表面发射率分别为1和2 ，试求：（1）角系数X12、 X21和X22各为多少；（2）画出辐射换热网络图；（3）写出辐射换热计算式。 现在学习的是第39页，共41页例7.6 两液氧储存容器为双壁镀银的夹层结构，外壁内表面温度tw120，内壁外表面温度tw2183 ，镀银壁的发射率0.02。试计算由于辐射换热每单位面积容器壁的散热量。解：解： 11273293wwTtK2227390wwTtK 因为容器夹层的间隙很小，可认为属于无限大平行表面间的辐射换热，容器壁单位面积的辐射散热量可用下式计算： 现在学习的是第40页，共41页1244100100212124.18/111wwTTbcqW m现在学习的是第41页，共41页