第9章辐射换热的计算

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1、第九章辐射换热计算本章教学内容9.1黑体表面间的辐射换热9.2灰体表面间的辐射换热9.3角系数的确定方法9.4气体辐射的特点第一节黑表面间的辐射换热辐射换热的推动力：诸表面之间温度不同影响辐射换热的因素：物体表面的温度，表面形状及尺寸，表面间相对位置，表面的辐射及吸收特性。分析对象：黑表面、漫-灰表面实际物体分析中的假定：物体表面⑴为恒温表面；⑵为漫-灰表面；⑶之间气体为透明体。辐射换热阻力：空间热阻和表面热阻两大类。辐射换热计算中最有效、应用最普遍的方法是封闭空腔网络法。一、两黑体表面间的辐射换热非凹黑表面：辐射能

2、量不会被自己吸收，遵循兰贝特定律。1、能量平衡分析dA1投射到dA2的能量dΦ1-2：dA2投射到dA1的能量dΦ2-1：2、换热分析两表面之间的辐射换热量与两表面之间的相对位置有很大关系；由A1发射出的辐射能中只有一部分落到A2上，同时，由A2发射出的辐射能中只有一部分落到A1上。引出角系数概念。1、角系数X1,2定义：表面1向半球空间辐射的能量投落到表面2上的百分数。是无量纲量。二、角系数及空间热阻角系数的互换性分析角系数：仅表示离开某表面的辐射能中到达另一表面的百分数，而与另一表面的系数能力无关。是一个纯粹的几何

3、量，仅取决于表面的大小和相对位置，与辐射物体是否是黑体无关。前提条件：物体表面为漫射表面；物体表面的辐射物性均匀，即温度均匀、发射率及反射比均匀。特性：互换性。2、空间热阻根据角系数定义，两黑体表面间的总辐射换热量：与I=U/R相比较，有：空间热阻描述了由于几何尺寸和相对位置的原因，使得从一个表面发射的辐射能量不能全部到达另一个表面而造成的辐射换热的阻力。两黑体表面间辐射换热的热阻网络如图所示。取决于表面间的几何关系，当表面间的角系数越小或表面积越小，则能量从表面1投射到表面2上的空间热阻就越大。对于两平行的黑体大平壁

4、（A1=A2=A），若略去周边溢出的辐射热量，可以认为：X1,2=X2,1=1，且由斯蒂芬-波尔兹曼定律知Eb=σbT4，此时：三、多个黑体表面间的辐射换热如图所示为n个黑体表面组成了封闭空腔。1、封闭空腔某一黑体表面的净换热量：2、角系数的完整性：注意：对于平面或凸表面等于0，对于凹面不等于0。计算黑表面与所有其他黑表面的辐射换热：表明：黑表面i与所有其他黑表面的总辐射换热量，就是黑表面i发射的能量与诸黑表面向表面i投射能量的差额。四、封闭空腔网络法1、封闭空腔网络法首先所有表面必须形成封闭空腔。然后根据以下原则绘出

5、辐射换热热阻网络图，如图所示分别为两个和三个黑体表面组成封闭空腔时辐射换热热阻网络图。⑴每个表面是一个结点，其热势为Eb⑵每两个表面间连接一个相应的空间热阻。⑶若某角系数为0，即空间热阻→∞，则相应两个表面间可以断开，不连接空间热阻。⑷若某表面绝热，则其为浮动热势，不与接地相连。称绝热表面或重辐射面。⑸再根据辐射换热热阻网络图进行辐射换热计算。网络法要点：2、黑体表面辐射换热的计算⑴两黑体表面：⑵三个黑体表面：3、绝热表面绝热表面又称重辐射表面，是指绝热良好，因而在由多个表面组成的辐射换热体系中净得失热量为零的表面。实

6、用价值：如各种加热炉、工业窑炉，如果炉墙隔热比较好，就可以近似视为绝热面。对于有一个重辐射面的三表面辐射换热体系来说，来自高温表面1的热流必定等于流向低温表面2的热流。而重辐射表面3的“电位”是“浮动”的，它的数值取决于左右两个空间热阻的相对大小。从物理本质看，重辐射面本身没有净得失热量，但是它对整个体系的换热状况产生了明显的影响。它为1、2两个表面之间的辐射热交换提供了另一条并联途径。存在重辐射表面时，辐射换热求解将简化，只需用热阻串并联的办法就可以解出来。【例9-1】：有一半球形容器r＝1m，底部的圆形面积上有温度

7、为200℃的辐射表面和温度为40℃的吸热表面2，它们各占圆形面积之半。1、2表面均系黑表面，容器壁面3是绝热表面。试计算表面1、2之间的辐射换热和容器壁3的温度。解：角系数：表面1、2之间没有直接辐射换热，仅是依靠绝热表面3间接地进行辐射换热，其换热量为：根据辐射换热热阻网络图的特点，存在以下关系：从而得到容器壁3的温度第二节(漫-)灰体表面间的辐射换热一、有效辐射及有效投射(漫-)灰体表面间的辐射换热比较复杂，无论是表面辐射出去还是投射到表面的能量均包括自身辐射和其他表面辐射的能量。为处理问题方便，定义：有效辐射：离

8、开某表面单位面积上的辐射能量，J，W/m2。有效投射：到达某表面单位面积上的辐射能量，G，W/m2。有效辐射把表面的自身发射和对外来投射的反射合并起来考虑。二、表面热阻1、净辐射换热量表面有效辐射为：则该表面净辐射换热量为：即为表面热阻。它只与物体表面辐射和吸收特性有关。图为辐射换热热阻网络图。2表面热阻对于漫-灰表面，α=ε。合