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1、工学传热学辐射传热的计算9.1 辐射传热的角系数辐射传热的角系数假设假设 进行辐射换热的物体表面之间是进行辐射换热的物体表面之间是 不参与辐射换热的介质或真空；不参与辐射换热的介质或真空；参与辐射换热的物体表面为漫射灰体参与辐射换热的物体表面为漫射灰体 或黑体表面；或黑体表面；每个物体的温度，辐射特性及每个物体的温度，辐射特性及 投入辐射分布均匀。投入辐射分布均匀。9.1.1 角系数角系数 1.角系数的定义角系数的定义 表面表面1对表面对表面2的角系数：的角系数：表面表面2对表面对表面1的角系数：的角系数：或：或：几何量几何量 9.1.2 角系数的性质角系数的性质1.非自见面的角系数等于非自见
2、面的角系数等于0。2.角系数的相对性角系数的相对性根据角系数的定义：根据角系数的定义：则有：则有：3.角系数的完整性角系数的完整性封闭空腔中：封闭空腔中：或：或：两表面组成封闭空腔：两表面组成封闭空腔：多表面组成封闭空腔：多表面组成封闭空腔：4.角系数的可加性角系数的可加性 求解：组合面求解：组合面A（1+2）对面对面A3的辐射角系数。的辐射角系数。分析分析根据角系数的完整性：根据角系数的完整性：即是：即是：又由角系数的相对性：又由角系数的相对性：因此：因此：9.1.3 角系数的计算角系数的计算1.两面封闭系统两面封闭系统 两平行大平面：两平行大平面：两个面都是自见面：两个面都是自见面：有一个
3、面为非自见面：有一个面为非自见面：主要方法有：主要方法有：积分法；积分法；代数法；代数法；图解法图解法解：根据角系数的完整性：解：根据角系数的完整性：举举例例确定：确定：又由角系数的相对性：又由角系数的相对性：由：由：得：得：得：得：举举例例确定：确定：由：由：解：解：得：得：举举例例确定：确定：A3解：作辅助面解：作辅助面A3（非自见面）：（非自见面）：则：则：由角系数的相对性：由角系数的相对性：得：得：同理：同理：2.三个非凹表面组成封闭系统三个非凹表面组成封闭系统举举例例确定：角系数确定：角系数解：根据非自见面的角系数为解：根据非自见面的角系数为0：可求：可求：3.交叉线法交叉线法确定表
4、面确定表面A1，A2的角系数。的角系数。分析分析辅助线辅助线解：封闭空腔解：封闭空腔 abcd 中中:封闭空腔封闭空腔 abc，abd中中:因此：因此：9.2 两表面封闭系统的两表面封闭系统的辐射换热辐射换热 1.任意位置的两黑体表面。任意位置的两黑体表面。两黑体表面间的净辐射换热量：两黑体表面间的净辐射换热量：或：或：空间辐射热阻空间辐射热阻9.2.1 黑体表面间的辐射换热黑体表面间的辐射换热 2.多个黑体组成的封闭空腔。多个黑体组成的封闭空腔。表面表面1对其它表面的辐射换热：对其它表面的辐射换热：或：或：第第i个黑体表面的个黑体表面的辐射射换热量：量：9.2.2 漫灰表面间的辐射换热漫灰表
5、面间的辐射换热 1.有效辐射有效辐射设有一漫灰表面设有一漫灰表面A，=。与表面与表面A 有关的能量有：有关的能量有：投入辐射投入辐射 G 吸收辐射吸收辐射G 反射辐射反射辐射G 自身辐射（辐射力）自身辐射（辐射力）E=Eb 有效辐射有效辐射 J或：或：合成辐射（净辐射热流）合成辐射（净辐射热流）或：或：两式联立，消去两式联立，消去G，且，且=。表面辐射热阻表面辐射热阻 对黑体表面：对黑体表面：得：得：9.2.3 两漫灰表面间的辐射换热两漫灰表面间的辐射换热1.两漫灰表面构成封闭空腔，且两漫灰表面构成封闭空腔，且T1T2：分析分析 因此因此 A1 和和 A2 的净辐射热量：的净辐射热量：即是：即
6、是：黑体黑体A3同时同时 A1 的净辐射热量：的净辐射热量：A2 的净辐射热量：的净辐射热量：换热系统热平衡时：换热系统热平衡时：将将(a),(b),(c)相加，消去相加，消去J1，J2得：得：A3或：或：系统黑度系统黑度 两漫灰表面间的辐射换热网络图两漫灰表面间的辐射换热网络图 系统黑度：系统黑度：减少散热减少散热保温瓶的夹层（银，铝薄层）保温瓶的夹层（银，铝薄层）强化换热强化换热电气设备（黑度大油漆）电气设备（黑度大油漆）2.两漫灰表面间辐射换热的几种简化形式：两漫灰表面间辐射换热的几种简化形式：A1面为非自见面：面为非自见面：由：由：得：得：两个无限大平板间辐射换热：两个无限大平板间辐射
7、换热：由：由：得：得：两表面相差很大（大房间内小物体的辐射换热）两表面相差很大（大房间内小物体的辐射换热）得：得：由由9.3 多表面系统的多表面系统的辐射换热辐射换热 辐射换热网络求解法：辐射换热网络求解法：应用有效辐射的概念，将辐射换热系统模拟应用有效辐射的概念，将辐射换热系统模拟 成相应的电路系统，借助于电学中基尔霍夫电流成相应的电路系统，借助于电学中基尔霍夫电流 定律求解该系统的辐射换热问题。定律求解该系统的辐射换热问题。9.3.1 两漫灰表面间的辐射换热网络图两漫灰表面间的辐射换热网络图9.3.2 多表面封闭系统网络法求解的实施步骤多表面封闭系统网络法求解的实施步骤1.画出等效的网络图
8、。画出等效的网络图。三个漫灰表面构成的封闭空腔中的辐射换热三个漫灰表面构成的封闭空腔中的辐射换热 原则：注入每个节点的热流之和为零（列出原则：注入每个节点的热流之和为零（列出 各节点有效辐射的关系式）。各节点有效辐射的关系式）。节点节点J1：节点节点J2：节点节点J3：2.列出节点的电流方程。列出节点的电流方程。已知三个表面温度已知三个表面温度T1,T2,T3；以及；以及 A1,A2,A3,1,2,3,X1,2,X1,3,X2,3。确定每个表面的有效辐射确定每个表面的有效辐射J1,J2,J3和和 净辐射热量净辐射热量1,2,3。例如例如3.求解代数方程组，计算各表面的有效辐射。求解代数方程组，
9、计算各表面的有效辐射。4.计算每个表面的净辐射传热量。计算每个表面的净辐射传热量。9.3.3 三表面封闭系统的两种特殊情形三表面封闭系统的两种特殊情形1.有一个表面为黑体表面有一个表面为黑体表面 求解时分别列出求解时分别列出3个节点的有效辐射方程式个节点的有效辐射方程式2.具有重辐射面的封闭空腔中的辐射换热：具有重辐射面的封闭空腔中的辐射换热：重辐射面：辐射绝热面，净辐射热流为重辐射面：辐射绝热面，净辐射热流为0。1.两块平行放置的钢板之间的距离与其长和宽两块平行放置的钢板之间的距离与其长和宽2.相比，可以忽略不计，已知它们的温度分别相比，可以忽略不计，已知它们的温度分别3.为为t1=527，
10、t2=27，发射率为，发射率为1=2=0.8。试计算：试计算：（1）板）板1的自身辐射；的自身辐射；（2）板）板1的有效辐射；的有效辐射；（3）板）板1的投入辐射；的投入辐射；（4）板）板1的反射辐射；的反射辐射；（5）板）板1，2的净辐射换热量。的净辐射换热量。例例题题9.5 辐射传热的控制辐射传热的控制9.5.1 控制物体表面间辐射传热的方法控制物体表面间辐射传热的方法两漫灰表面间的辐射换热网络图两漫灰表面间的辐射换热网络图控制表面热阻控制表面热阻控制空间热阻控制空间热阻例如例如1.控制表面热阻控制表面热阻 若强化换热，应减少各串联环节若强化换热，应减少各串联环节 中的最大热阻项。中的最大
11、热阻项。改变表面积。改变表面积。改变表面发射率。改变表面发射率。有：有：若：若：增大表面增大表面A1面积面积两表面相差很大时两表面相差很大时（大房间内小物体的辐射换热）（大房间内小物体的辐射换热）例如例如电气设备强化散热：涂上发射率大（黑度大）电气设备强化散热：涂上发射率大（黑度大）的油漆（涂层）。的油漆（涂层）。例如例如2.控制空间热阻控制空间热阻 改变面积改变面积A。改变角系数。改变角系数。如何削弱物体表面如何削弱物体表面 之间的辐射换热之间的辐射换热 采用反射率高的表面；采用反射率高的表面；采用遮热板。采用遮热板。9.5.2 遮热板的原理遮热板的原理 1.遮热板的作用：遮热板的作用：在整
12、个辐射换热中净辐射换热量在整个辐射换热中净辐射换热量 为为0。即遮热板即不向原系统放出。即遮热板即不向原系统放出 热量，也不从中吸收热量，只是在热量，也不从中吸收热量，只是在 热流通路中增大了原系统的热阻，热流通路中增大了原系统的热阻，使换热表面之间的辐射换热受到阻碍。使换热表面之间的辐射换热受到阻碍。已知：两个大平板已知：两个大平板A1,A2，温度温度T1,T2，发射率发射率1,2，中间放置遮热板中间放置遮热板T3(T3=T3),3=3 分析：分析：无，有遮热板时辐射换热量的变化。无，有遮热板时辐射换热量的变化。（1）无遮热板时：）无遮热板时：2.分析有无遮热板时辐射换热量的变化分析有无遮热
13、板时辐射换热量的变化（2）有遮热板时）有遮热板时简化考虑：简化考虑：可求：可求：且：且：结论结论 加加1块发射率与平板相同的遮热板后，块发射率与平板相同的遮热板后，加加n块发射率与平板相同的遮热板后，块发射率与平板相同的遮热板后，工程中选用反射率高，发射率小的材料工程中选用反射率高，发射率小的材料 做遮热板做遮热板 。3.遮热板的辐射网络图遮热板的辐射网络图（1）无遮热板时：）无遮热板时：（2）有遮热板时：）有遮热板时：例题例题2.考察两平行大平板间的辐射换热，平板的黑度考察两平行大平板间的辐射换热，平板的黑度 分别为分别为0.5，0.8。如果中间加进一块铝箔的遮。如果中间加进一块铝箔的遮 热板，其黑度为热板，其黑度为0.05。试计算辐射换热量减少的百分率试计算辐射换热量减少的百分率。此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢