管式加热炉第二节辐射换热计算

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1、第2节　辐射换热计算2.1角系数2.2黑体间的辐射换热2.3有效辐射、灰体间的辐射换热2.4气体与外壳间的辐射换热2.5设备热损失的计算2.1角系数2.1.1角系数的定义2.1.2角系数的性质2.1.3几种简单情况下的角系数2.1.1角系数的定义定义：黑表面A1在空间所有的方向上发射的总能量，直接到达另一黑表面A2的分率，叫做表面1对表面2的角系数，用符号ф12表示2.1.1角系数的定义讨论：①ф12是能量分率，无单位；②ф12表示表面1对表面2的角系数，1表面是辐射面，2表面是接受面；③角系数为几何性

2、质，与表面的大小，相对位置及形状有关，与表面的T及ε无关2.1.2角系数的性质⒈归一性：如果由n个表面组成一个封闭体系，则其中任意表面i对其它表面的角系数之和为1即：或：2.1.2角系数的性质⒉互换性：对任意两表面i，j（面积分别为Ai，Aj）,均有：证明：表面1的总辐射能力为：A1E01表面1发射的被表面2吸收的能量为：同理：表面2发射的被表面1吸收的能量为：故两表面间交换的热量为：显然，如果两黑表面温度相等（热平衡），T1=T2，则E01=E02，Q12=0，有：2.1.2角系数的性质⒊完整性（可加

3、性）：若表面K=K1+K2+K3，则：但：2.1.3几种简单情况下的角系数⒈两无限接近平面：⒉一物包一物：2.1.3几种简单情况下的角系数⒊形成密闭系统的三凸面：2.1.3几种简单情况下的角系数⒋两无限延伸表面（拉线法）：2.2黑体间的辐射换热式中：有效辐射面积，又称当量冷平面面积或辐射交换面积2.3有效辐射、灰体间的辐射换热2.3.1基本概念2.3.2Eefi的计算2.3.3几种简单情况下灰表面间辐射换热量的计算2.3.1基本概念自身辐射：投入辐射：Eti反射辐射：ρiEti有效辐射：Eef净辐射：2

4、.3.2Eefi的计算对包含n个表面的封闭系统，对任意i表面：表面i的投入辐射总计为：i表面的有效辐射为：注：对于黑体，由于不存在反射的问题，Eefi=E0i2.3.3几种简单情况下灰表面间辐射换热量的计算⒈两个无限接近平面：由于ф12=ф21=1，灰体：ε1=α1=1-ρ1，ε2=α2=1-ρ2联立求解：2.3.3几种简单情况下灰表面间辐射换热量的计算⒉一物包一物：而：ф11=0，ф12=1，联立求解：2.4气体与外壳间的辐射换热2.4.1包壳为黑体2.4.2包壳为一灰体2.4.1包壳为黑体包壳温度为

5、Tt时，则气体对包壳的辐射速率应等于气体的自身辐射εgE0g减去气体吸收的投入辐射αgE0g，即：其中：εg，αg－分别为气体的黑度和吸收率，当Tg≠Tt时，εg≠αg2.4.2包壳为一灰体包壳的黑度为εt，温度为Tt时，其换热结果应比气体与黑体包壳间的换热量小；可乘以一个修正系数（1+εt）/2：假设：得到与对流传热系数相当的辐射系数：W/(m2·K)2.5设备热损失的计算由对流散失的热量：由辐射散失的热量：或：其中：2.5设备热损失的计算总热损失：①空气作自然对流：平壁保温层外：圆筒壁或管道保温层外

6、：②空气沿粗糙壁面作强制对流：其中：对流－辐射联合传热系数空气流速u<5m/s：空气流速u>5m/s：