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1、从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。第第12章章 辐射传热的计算辐射传热的计算从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。12.1 辐射传热的角系数辐射传热的角系数 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
2、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，于射换热计算的出现与发展，于20世纪世纪20年代提出的。年代提出的。12.1.1 角系数的定义及计算假定角系数的定义及计算假定两个表面之间的辐射换热量与两个表面之间的相对位置有很大关系。两个表面之间的辐射换热量与两个表面之间的相对位置有很大关系。图图12-1示出了两个等温表面间的两种极端布置情况：示出了两个等温表面间的两种极端布置情况：图图a中两表面间无限接近，相互间的中两表面间无限接近，相互间的换热量最大；换热量最大；图图b中两表面位于同一平面
3、上，相互中两表面位于同一平面上，相互间的辐射换热量为零。间的辐射换热量为零。两个表面间的相对位置不同时，一个两个表面间的相对位置不同时，一个表面发出而落到另一个表面上的辐射能的表面发出而落到另一个表面上的辐射能的百分数随之而异，从而影响到换热量。百分数随之而异，从而影响到换热量。图图12-1 表面相对位置的影响表面相对位置的影响从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。把表面把表面1发出的辐射能中落到表面发出的辐射能中落到表面2上的百分数称为表面上的百分数称为表面1对表面对表面2的的角角系数系数，记
4、为，记为 。同理也可以定义表面。同理也可以定义表面2对表面对表面l的角系数。的角系数。在讨论角系数时，假定：在讨论角系数时，假定：（1）所研究的表面是漫射的；）所研究的表面是漫射的；（2）在在所所研研究究表表面面的的不不同同地地点点上上向向外外发发射射的辐射热流密度是均匀的。的辐射热流密度是均匀的。于是，角系数就纯是一个几何因子。于是，角系数就纯是一个几何因子。12.1.2 角系数的性质角系数的性质 1、角系数的相对性、角系数的相对性 从从一一个个微微元元表表面面dA1到到另另一一个个微微元元表表面面dA2的的角角系系数数，记为记为Xd1,d2，按定义：，按定义：图图12-2 微元表面角系数微
5、元表面角系数相对性证明的图示相对性证明的图示从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。类似地有：类似地有：得：得：这就是这就是两微元表面两微元表面间角系数相对性的表达式。间角系数相对性的表达式。两有限大小表面两有限大小表面A1、A2之间角系数的相对性：之间角系数的相对性：当当 时有：时有：2、角系数的完整性角系数的完整性 任何一个表面对封闭腔各表面的角系数任何一个表面对封闭腔各表面的角系数之间存在下列关系：之间存在下列关系：此式表达的关系称为此式表达的关系称为角系数的完整性角系数的完整性。图图12-
6、3 有限大小两表面间有限大小两表面间角系数相对性证明的图示角系数相对性证明的图示图图12-4 角系数完整性证明的图示角系数完整性证明的图示从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。表面表面1为非凹表面时，为非凹表面时，；为凹表面时，；为凹表面时，。3、角系数的可加性角系数的可加性 表表面面2发发出出的的落落到到表表面面1上上辐辐射射能能等等于于表表面面2各部分发射出的辐射能之和：各部分发射出的辐射能之和：表面表面1发出的辐射能等于落到表面发出的辐射能等于落到表面2上的各部分的辐射能之和：上的各部分的
7、辐射能之和：图图12-5 角系数可加性证明的图示角系数可加性证明的图示从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。12.1.3 角系数的计算方法角系数的计算方法 直直接接积积分分法法是是按按角角系系数数的的基基本本定定义义通通过过求求解解多多重重积积分分而获得角系数的方法。而获得角系数的方法。求解角系数的方法有直接积分法、代数分析法及几何分析法等。求解角系数的方法有直接积分法、代数分析法及几何分析法等。微元面积微元面积dA1对对A2的角系数：的角系数：表面表面A1对对A2的角系数：的角系数：1、直接积
8、分法、直接积分法图图12-6 说明直接说明直接积分法的图示积分法的图示从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。这就是求解任意两表面之间角系数的积分表达式。这就是求解任意两表面之间角系数的积分表达式。利用角系数的相对性、完整性及可加性，通过求解代数方程而获得角利用角系数的相对性、完整性及可加性，通过求解代数方程而获得角系数的方法称为系数的方法称为代数分析法代数分析法。由三个表面组成的封闭系统的角系数计算公式：由三个表面组成的封闭系统的角系数计算公式：若系统横截面上三个表面的长度分别为若系统横截面上三
9、个表面的长度分别为l l1 1，l l2 2和和l l3 3，则上式可写为：，则上式可写为：2、代数分析法、代数分析法图图12-10 三个表面的封闭系统三个表面的封闭系统从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。两表面两表面A1、A2之间的角系数：之间的角系数：交叉线法：交叉线法：注意：这里所谓的交叉线和不交叉线都是指虚拟面断面的线，或注意：这里所谓的交叉线和不交叉线都是指虚拟面断面的线，或者说是辅助线者说是辅助线图图12-11 交叉线法图示交叉线法图示从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾
10、构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。图图12-12 例题例题12-1图示图示 例题例题12-1 试确定图试确定图12-12所示的表面所示的表面1对表面对表面对表面对表面2的角系数。的角系数。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。12.2 两表面封闭系统的辐射换热两表面封闭系统的辐射换热12.2.1 封闭腔模型及两黑体表面组成的封闭腔封闭腔模型及两黑体表面组成的封闭腔1 1、封闭腔模型、封闭腔模型 计算对象必须是包含所研究表面在内的一个封闭腔
11、。计算对象必须是包含所研究表面在内的一个封闭腔。2、两黑体表面封闭系统的辐射换热两黑体表面封闭系统的辐射换热图图12-13 两黑体表面换热系统两黑体表面换热系统从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。定义单位时间内投射到表面的单位面积上的总辐射能为定义单位时间内投射到表面的单位面积上的总辐射能为投入辐射投入辐射，记，记为为G；定义单位时间内离开表面单位面积的总辐射能为该表面的定义单位时间内离开表面单位面积的总辐射能为该表面的有效辐射有效辐射，记为记为J。12.2.2 有效辐射有效辐射1、有效辐射的
12、定义、有效辐射的定义表面表面1的有效辐射有如下表达式：的有效辐射有如下表达式：在表面外能感受到的辐射就是在表面外能感受到的辐射就是有效辐射有效辐射。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。2、有效辐射与辐射传热量的关系有效辐射与辐射传热量的关系 从表面从表面1的的外部外部观察，能量收支差额：观察，能量收支差额：从表面从表面1的的内部内部观察，与外界的辐射换热量：观察，与外界的辐射换热量：有效辐射与辐射换热量之间的关系：有效辐射与辐射换热量之间的关系：图图12-14 一个表面的辐射能量支出一个表面的
13、辐射能量支出 从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。12.2.3 两个漫灰表面组成的封闭腔的辐射传热两个漫灰表面组成的封闭腔的辐射传热由两个等温的漫灰表面组成的二维封闭系统可抽象为由两个等温的漫灰表面组成的二维封闭系统可抽象为四种情形四种情形。图图12-15 两个物体组成的辐射传热系统两个物体组成的辐射传热系统从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。灰体系统的计算式中多了一个修正因子灰体系统的计算式
14、中多了一个修正因子s。s的值小于的值小于1，它是考虑由，它是考虑由于灰体系统发射率之值小于于灰体系统发射率之值小于1引起的多次吸收与反射对换热量影响的因子，引起的多次吸收与反射对换热量影响的因子，称为称为系统发射率系统发射率（常称系统黑度）。（常称系统黑度）。简化简化1：表面：表面1为平面或凸表面为平面或凸表面从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。简化简化3：表面积：表面积A2比比A1大得多。大得多。简化简化2：表面积：表面积A1和和A2相差很小。相差很小。图图12-16 平行平板间辐射平行平板
15、间辐射传热的示意图传热的示意图从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。例题例题12-2：液氧储存容器为双壁镀银的夹层结构（图：液氧储存容器为双壁镀银的夹层结构（图12-17),),外壁内表面温外壁内表面温度度t tw1w120，内壁外表面温度，内壁外表面温度tw2183，镀银壁的发射率，镀银壁的发射率0.020.02。试计算由于辐射传热每单位面积容器壁的散热量。试计算由于辐射传热每单位面积容器壁的散热量。图图12-17 液氧储存容器示意图液氧储存容器示意图从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开
16、式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。例题例题12-3：一根直径一根直径d50mm、长、长l=8m的钢管，被置于横断面为的钢管，被置于横断面为0.2m0.2m 的的砖砖槽道内。若槽道内。若钢钢管温度和管温度和发发射率分射率分别为别为t1=250 、1 1=0.712=0.712，砖砖槽壁面温槽壁面温度和度和发发射率分射率分别为别为t2=27 、2=0.123，试计算该钢管的辐射热损失。，试计算该钢管的辐射热损失。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在
17、此不再说明。12.3 多表面系统的辐射传热多表面系统的辐射传热 多多表表面面系系统统中中，一一个个表表面面的的净净辐辐射射换换热热量量是是与与其其余余各各表表面面分分别别换换热热的的换换热量之和。热量之和。工程计算的主要目的是获得一个表面的净辐射换热量。工程计算的主要目的是获得一个表面的净辐射换热量。对于多表面系统，可以采用对于多表面系统，可以采用网络法或数值方法网络法或数值方法来计算每一表面的净辐射来计算每一表面的净辐射换热量。换热量。12.3.1 两表面换热系统的辐射网络两表面换热系统的辐射网络由由 得：得：或或 由由 得：得：从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾
18、构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。与电学中的欧姆定律相比，换与电学中的欧姆定律相比，换热量热量相当于电流强度；相当于电流强度；或或 相当于电势差；而相当于电势差；而 及及 相当于电阻，相当于电阻，分别称为辐射传热的分别称为辐射传热的表面辐射热阻表面辐射热阻及及空间辐射热阻空间辐射热阻，它们分别取决于，它们分别取决于表面的辐射特性（表面的辐射特性（）及表面的空）及表面的空间结构（角系数间结构（角系数X）。）。两个灰体表面间辐射换热的等效网络：两个灰体表面间辐射换热的等效网络：换热量计算式：换热量计算式：把辐射热阻比拟成等效的电阻从而通过等效的网络图来求解
19、辐射换热的把辐射热阻比拟成等效的电阻从而通过等效的网络图来求解辐射换热的方法称为方法称为辐射换热的网络法辐射换热的网络法。图图12-112 辐射传热单元网络图辐射传热单元网络图图图12-20 两表面封闭腔辐射两表面封闭腔辐射传热等效网络图传热等效网络图从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。是空间热势差，空间辐射热是空间热势差，空间辐射热阻见右图，阻见右图，每一对表面就有一个空间辐每一对表面就有一个空间辐射热阻。射热阻。空间辐射热阻空间辐射热阻 称为表面热势差；表面辐射称为表面热势差；表面辐射热阻
20、见右图，热阻见右图，每一个表面都有一个表每一个表面都有一个表面辐射热阻。面辐射热阻。对于黑对于黑体体表面，表面，1 Rr 0 即，即，黑体的表面热阻等于零。黑体的表面热阻等于零。表面辐射热阻表面辐射热阻从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。12.3.2 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。画出等效的网络图。(a)每每一一个个参参与与换换热热的的表表面面（净净换换热热量量不不为为零零的的表表面面）均均应应有有一一段段相应的电路，它包括源电势
21、、与表面热阻相应的电阻及节点电势；相应的电路，它包括源电势、与表面热阻相应的电阻及节点电势；(b)各表面之间的连接，由节点电势出发通过空间热阻进行。各表面之间的连接，由节点电势出发通过空间热阻进行。（2）列出节点的电流方程。列出节点的电流方程。以三表面辐射换热问题为例：以三表面辐射换热问题为例：从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。图图12-21 由由3个表面组成的封闭腔个表面组成的封闭腔图图12-22 三表面封闭腔的等效网络图三表面封闭腔的等效网络图从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式
22、盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。（3）求解上述代数方程得出节点电势（表面有效辐射）求解上述代数方程得出节点电势（表面有效辐射）、及及 。（4）按公式按公式 确定每个表面的净辐射换热量。确定每个表面的净辐射换热量。12.3.3 三表面封闭系统中的两种特殊情形三表面封闭系统中的两种特殊情形（1）有一个表面为）有一个表面为黑体黑体。其表面热阻其表面热阻 ，有，有 。（2）有一个）有一个表面绝热表面绝热，即净辐射换热量，即净辐射换热量q为零。为零。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的
23、城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。图图12-23 三表面系统的两个特例三表面系统的两个特例从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。该表面的有效辐射等于某一温度下的黑体辐射。与已知表面为黑体的该表面的有效辐射等于某一温度下的黑体辐射。与已知表面为黑体的情形不同的是，此绝热表面的温度是未知的。情形不同的是，此绝热表面的温度是未知的。辐辐射射换换热热系系统统中中，这这种种表表面面温温度度未未定定而而净净的的辐辐射射换换热热量量为为零零的的表表面面称称为为重辐射面重辐射面。即即 从使用情况来看，
24、闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。1、适合计算机求解的有效辐射计算表达式、适合计算机求解的有效辐射计算表达式 当封闭系统的表面数目大于或等于当封闭系统的表面数目大于或等于4时，适宜于用计算机来求解由时，适宜于用计算机来求解由 所组成所组成的代数方程组，这时将节点代数方程写成有效辐射的显函数的形式比较方便。的代数方程组，这时将节点代数方程写成有效辐射的显函数的形式比较方便。假定每个表面都是漫灰的，空腔中的介质不参与热辐射。设所有表面都不假定每个表面都是漫灰的，空腔中的介质不参与热辐射。设所有表面都不是内凹的，
25、即所有表面对自身的角系数是内凹的，即所有表面对自身的角系数 。于是对任一表面有：。于是对任一表面有：利用角系数的相对性利用角系数的相对性 有：有：2、计算表面数的划分应以热边界条件为主要依据。计算表面数的划分应以热边界条件为主要依据。12.3.4 多表面封闭系统辐射传热计算的几点说明多表面封闭系统辐射传热计算的几点说明从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。例例题题12-5：两两块块尺尺寸寸均均为为1m2m、间间距距为为1m的的平平行行平平板板置置于于室室温温t3=27 的的大大厂厂房房内内。平平
26、板板背背面面不不参参与与换换热热。已已知知两两板板的的温温度度和和发发射射率率分分别别为为t1=827、t2=327 和1=0.2、2=0.5，试试计计算算每每块块板板的的净净辐辐射射散散热热量量及及厂厂房房墙墙壁壁所所得得到的辐射热量。到的辐射热量。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。12.4 气体辐射的特点及计算气体辐射的特点及计算 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，常见的温度范围内，和
27、和 具有很强的吸收和发射热辐射的本领，而其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。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。空气、氢、氧等分子结构对称的双原子气体，可认为是热辐射的透明体。空气、氢、氧等分子结构对称的双原子气体，可认为是热辐射的透明体。臭氧、二氧化碳、水蒸气等三原子、多原子以及结构不对称的双原子气体臭氧、二氧化碳、水蒸气等三原子、多原子以及结构不对称的双原子气体具有相当大的辐射本领。具有相当大的辐射本领。12.4.1 气体辐射的特点气体辐射的特点气体辐射不同于固体和液体辐射，它们具有如下两个特点：气体辐射不同于
28、固体和液体辐射，它们具有如下两个特点：（1）气体辐射对波长有选择性。）气体辐射对波长有选择性。它它只只在在某某谱谱带带内内具具有有发发射射和和吸吸收收辐辐射射的的本本领领，而而对对于于其其他他谱谱带带则则呈现透明状态。呈现透明状态。有辐射能力的波长区段称为光带。有辐射能力的波长区段称为光带。二氧化碳的主要光带有三段：二氧化碳的主要光带有三段：水蒸气的主要光带也有三段：水蒸气的主要光带也有三段：气体不是灰体。气体不是灰体。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。(2)气体的辐射和吸收是在整个容积中进
29、行的。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。的形状和容积大小有关。12.4.2 光谱辐射能在气层中的定向传递光谱辐射能在气层中的定向传递 辐射能削弱的程度取决于辐射强度及途中所碰到的气体分子数目。辐射能削弱的程度取决于辐射强度及途中所碰到的气体分子数目。气体分子数目和射线行程长度及气体密度气体分子数目和射线行程长度及气体密度有关
30、。有关。假设投射到气体界面假设投射到气体界面 x=0 处的光谱辐射强度为处的光谱辐射强度为 ，通过一段距，通过一段距离离x后，该辐射变为后，该辐射变为 。再通过微元气体层。再通过微元气体层 dx 后，其衰减量为后，其衰减量为 。理论上已经证明，理论上已经证明，与行程与行程 dx 成正比，设比例系数为成正比，设比例系数为 ，则，则有有式中，式中，为光谱减弱系数。为光谱减弱系数。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。图图12-27 CO2和和H2O主要光带示意图主要光带示意图图图12-28 辐射能在
31、气辐射能在气层中的传递层中的传递从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。式式中中，s 是是辐辐射射通通过过的的路路程程长长度度，常常称称之之为为射射线线程程长长。从从上上式式可可知知，热热辐辐射在气体内呈指数规律衰减。射在气体内呈指数规律衰减。式中，式中，为光谱减弱系数。它取决于其体的种类、密度和波长。为光谱减弱系数。它取决于其体的种类、密度和波长。贝尔定律贝尔定律厚度为厚度为s的气体层的单色穿透比：的气体层的单色穿透比：从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式
32、盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。12.4.3 平均射线程长的计算平均射线程长的计算 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要首先确定气体的发射率 ，然后利用，然后利用 计算气体的计算气体的发射辐射。而由于气体的容积辐射特性，发射辐射。而由于气体的容积辐射特性，与射线程长关与射线程长关s系密切，而系密切，而s取决于气体容积的形状和尺寸。如图取决于气体容积的形状和尺寸。如图8-37所示。为了使射线程长均匀，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
33、容积等效为半球。则其半径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，见图就是等效的射线程长，见图8-38所示。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：的平均射线程长可按下式计算：式中，式中，V为气体容积，为气体容积，m3；A为包壁面积，为包壁面积，m2。气体层的吸收比：气体层的吸收比：气体层的光谱发射率：气体层的光谱发射率：从使
34、用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。图图12-30 半球内气体对球心的辐射半球内气体对球心的辐射图图12-212 气气体体对对不不同同地地区区的的辐辐射射从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。利用上面的关系，可以采用试验获得利用上面的关系，可以采用试验获得 ，图，图12-31给出了水蒸气发射给出了水蒸气发射率率 的图线。图的图线。图12-32则是其修正系数则是其修正系数 ，于是，水蒸气的发射率，于是
35、，水蒸气的发射率为为对应于对应于 的图分别是的图分别是12-33和图和图12-34。于是。于是 气气体体对对容容器器器器壁壁的的平平均均辐辐射射力力或或对对器器壁壁上上某某一一指指定定地地点点的的辐辐射射力力受受气体的温度、成分和沿途吸收性气体分子数目等因素所支配：气体的温度、成分和沿途吸收性气体分子数目等因素所支配：12.4.4 水蒸气、二氧化碳发射率、吸收比的经验确定图线水蒸气、二氧化碳发射率、吸收比的经验确定图线1、水蒸气、二氧化碳对包壁上指定地点辐射的发射率、水蒸气、二氧化碳对包壁上指定地点辐射的发射率从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但
36、在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。当气体中同时存在二氧化碳和水蒸气时，气体的发射率由下式给出当气体中同时存在二氧化碳和水蒸气时，气体的发射率由下式给出:式中，式中，是修正量，由图是修正量，由图12-35给出。给出。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。式中修正系数式中修正系数 和和 与发射率公式中的处理方法相同，而与发射率公式中的处理方法相同，而 ，和和 的确定可以采用下面的经验公式的确定可以采用下面的经验公式2、水蒸气和二氧化碳对黑体包壳内热辐射的吸收比、水蒸气和二氧化碳对
37、黑体包壳内热辐射的吸收比从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。在气体发射率和吸收比确定后，气体与黑体外壳之间的辐射换热公式为在气体发射率和吸收比确定后，气体与黑体外壳之间的辐射换热公式为:12.4.5 气体与黑体包壳内的辐射传热计算气体与黑体包壳内的辐射传热计算从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。例题例题12-8：在直径为在直径为1m、长、长2m的圆形烟管中，有温度为的圆形烟管中，有温度为102
38、7 的烟气通过。的烟气通过。若烟气总压力为若烟气总压力为105Pa，其中二氧化碳占，其中二氧化碳占10，水蒸气占，水蒸气占8，其余为不辐射，其余为不辐射气体，试计算烟气对整个包壁的平均发射率。气体，试计算烟气对整个包壁的平均发射率。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。12.5 辐射传热的控制（强化与削弱）辐射传热的控制（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。由于工程上的需求，经常需要强化或削弱辐射换热。强化辐射换热强化辐射换热的主要途径有两种：的主要途径有两种：(1)增加发
39、射率；增加发射率；(2)增加角系数。增加角系数。削弱辐射换热削弱辐射换热的主要途径有三种：的主要途径有三种：(1)降低发射率；降低发射率；(2)降低角系数；降低角系数；(3)加入遮热板。加入遮热板。其实插入遮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其实插入遮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。热的方式。对于两个无限大平面组成的封闭系统对于两个无限大平面组成的封闭系统:12.5.1 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从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少
40、使用，在此不再说明。图图12-40 遮热板遮热板12.5.2 遮热板的原理及其应用遮热板的原理及其应用1、遮热板削弱辐射传热的原理遮热板削弱辐射传热的原理 遮热板是指插入两个辐射传热表面之间用以削弱辐射传热的薄板。遮热板是指插入两个辐射传热表面之间用以削弱辐射传热的薄板。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。遮热板在工程技术上应用甚广，下面是遮热板在工程技术上应用甚广，下面是4个应用实例：个应用实例：（1）汽轮机中用于减少内、外套管间辐射换热。）汽轮机中用于减少内、外套管间辐射换热。（2）遮热板
41、应用于储存液态气体的低温容器。）遮热板应用于储存液态气体的低温容器。2、遮热板的应用、遮热板的应用 图图12-41 进汽连接进汽连接管处的遮热罩管处的遮热罩 图图12-42 多层遮热多层遮热板保温容器示意图板保温容器示意图 从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。（3）遮热板用于超级隔热油管。）遮热板用于超级隔热油管。（4）遮热板用于提高温度测量的准确度。）遮热板用于提高温度测量的准确度。图图12-43 用多层遮热板用多层遮热板制造而成的超级隔热油制造而成的超级隔热油管管 图图12-44 单层遮热
42、罩抽单层遮热罩抽气式热电偶测温示意图气式热电偶测温示意图 从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。对流与辐射同时存在的换热过程称为对流与辐射同时存在的换热过程称为复合换热复合换热。常常把换热量折合成对流换热量的处理方法。先按辐射换热公式算出常常把换热量折合成对流换热量的处理方法。先按辐射换热公式算出辐射换热量辐射换热量 ，然后将它表示成牛顿冷却公式的形式：，然后将它表示成牛顿冷却公式的形式：式式中中 称称为为辐辐射射换换热热表表面面传传热热系系数数（辐辐射射换换热热系系数数）。复复合合换换热热的的总总换换热量可表示成：热量可表示成：称为复合换热表面传热系数。称为复合换热表面传热系数。12.6 综合传热问题分析综合传热问题分析 12.6.1 测定炉膛辐射热流密度简易方法的原理分析测定炉膛辐射热流密度简易方法的原理分析 12.6.2 遮热罩抽气式热电偶为什么能减少气体温度的测量误差遮热罩抽气式热电偶为什么能减少气体温度的测量误差 12.6.3 辐射传热系数辐射传热系数