第11次作业

传热学教学辅导资料—作业答案2009级热能与动力工程专业适用-1-2011-12-21作业答案（第十一次）P263-2643.在安装有辐射采暖板的室内测量空气温度时，为了消除热辐射带来的误差，用高反射率材料分别作筒状和不开口的球壳状遮热罩(如图)。试分析这两种方法的效果，它们测得的温度是否一样，为什么?如将它们的表面涂黑或者刷白，是否影响测温结果?答：如图所示的两种遮热罩，形式1可以最大程度地减少辐射换热（对减少测温误差有利），但同时也大幅度减少了对流换热（对减少测温误差不利）；而形式2只在一定程度上减少辐射换热，但同时也较形式1有利于对流换热（对减少测温误差有利），因此它们测得的温度不相同。将它们表面涂黑或者刷白不会影响测温效果，因为辐射采暖板发射的辐射能是红外射线，而不是可见光。6.抽真空的保温瓶胆两壁面均涂银，发射率1ε=2ε=0.02，内壁面温度为100℃，外壁面温度为20℃，当表面积为0.25m2时，试计算此保温瓶的辐射热损失。解：由于夹层很薄，可视为两无限大平壁间的辐射换热()()WEEAbb72.1102.0102.012933731067.525.011144821212,1=−+−××=−+−=−εεΦ14.两块平行放置的平板的表面发射宰均为0.8，温度分别为t1＝527℃及t2＝27℃，板间距远小于板的宽度与高度。试计算：(1)板1的本身辐射；(2)对板1的投入辐射；(3)板1的反射辐射；(4)板l的有效辐射；(5)板2的有效辐射；(6)板1、2间的辐射换热量。解：由于两板间距极小，可视为两无限大平壁间的辐射换热传热学教学辅导资料—作业答案2009级热能与动力工程专业适用-2-2011-12-21()()()[]244821212,17.1517618.02273272735271067.5111mWEEqbb=−+−+××=−+−=−εε根据()11112,11εε−−=JEqb，()22222,11εε−−=bEJq得：()248112,1111.194308.08.017.151762735271067.51mWqEJb=−−+××=−−=−εε()248222,1224.42538.08.017.15176273271067.51mWqEJb=−++××=−+=−εε⑴板1的本身辐射()2481115.185792735271067.58.0mWEEb=+×××==−ε⑵对板1的投入辐射即为板2的有效辐射，224.4253mWJ=⑶板1的反射辐射2112116.8505.185791.19430mWEJJG=−=−==ρρ⑷板1的有效辐射211.19430mWJ=⑸板2的有效辐射224.4253mWJ=⑹板1、2间的辐射换热量22,17.15176mWq=15.一外径为100mm的钢管横穿过室温为27℃的大房间，管外壁温度为l00℃，表面发射宰为0.85。试确定单位管长的辐射散热损失。解：为空腔（房间）与内包壁（管道外表面）间的辐射换热，且21AApp()()mWEEAbb4.1703003731067.511.085.044821112,1=−××××××=−=−πεΦ辐射热阻网络图为：P263-26511.试确定如图所示各种情况下的角系数。传热学教学辅导资料—作业答案2009级热能与动力工程专业适用-3-2011-12-21解：(1)梯形长通道：()()()()592.012558822,1=×+−+=+−+=CDBDACADBCX(2)半圆12,1=X，根据角系数互换性，得2112222,1211,2=×==RRXAAXππ，2111,22,2=−=XX若为非半球，则：π2111,22,2−=−=XX16.有一3m×4m的矩形房间，高2.5m，地表面温度为270℃，顶表面温度为12℃，房间四周的墙壁均是绝热的，所有表面的发射率均为0.8，试用网络法计算地板和顶棚的净辐射换热量和墙表面的温度。解：可认为是三个表面间的辐射换热。辐射换热热阻网络如图所示。确定各项热阻：表面热阻1、2为2102083.0438.08.011mA=××−=−εε由5.23,5.24==DYDX查教材P233图9-18，29.02,1=X，由角系数的完整性13,12,1=+XX，得71.03,1=X，同理，71.03,2=X空间热阻3为212,112874.04329.011mAX=××=传热学教学辅导资料—作业答案2009级热能与动力工程专业适用-4-2011-12-21空间热阻4、5为223,213,111174.04371.0111mAXAX=××==根据辐射换热热阻网络计算地板和顶棚的净辐射换热量为：()WRRRRREEbb5.4981709.02.851174.0212874.01102083.022853001067.5111448254312112==×++×−×=++++−=−Φ由辐射热阻网络的对称性可知：22137.4162mWEEJbb=+=8.198.2921067.57.416,7.4164/183433==⎟⎠⎞⎜⎝⎛×===−KTTEbbσ℃(2)也可利用网络法求解，即：()01113,11132,111211111=−+−+−−XAJJXAJJAJEbεε()01113,22231,222122222=−+−+−−XAJJXAJJAJEbεε0112,33321,3331=−+−XAJJXAJJ（因墙壁表面3为绝热表面，即33JEb=）可解得：219.448mWJ=，235.384mWJ=，237.416mWJ=其余同前。18.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1t=327℃，发射率1ε=0.75。此腔体放置在大房间中，房间表面2t=27℃。试计算通过腔体开口的辐射热损失并画出辐射网络图。解：可认为是两个表面间的辐射换热，辐射换热热阻网络如图所示。11,2=X，根据角系数互换性，传热学教学辅导资料—作业答案2009级热能与动力工程专业适用-5-2011-12-21得22221,2122,121.01.01.021.0122⎟⎠⎞⎜⎝⎛+××⎟⎠⎞⎜⎝⎛=×⎟⎠⎞⎜⎝⎛+⎟⎠⎞⎜⎝⎛==ππππππDDLDXAAX=0.2()()WXEEAAAXAEEbbbb8.502.0175.075.013006001067.51.01.0411111448222,11121122212,111121=+−−××⎟⎠⎞⎜⎝⎛×+×=+−−=−++−−=−ππεεεεεεΦ其中01222=−Aεε，因为012→AA。27.用热电偶来测量管内流动着的热空气温度，如图。热电偶读得温度1t=400℃，管壁由于散热测得温度2t=350℃，热电偶头部和管壁的发射率分别为0.8和0.7。从气流到热电偶头部的对流表面传热系数为35W/m2.℃。试计算由于热电偶头部和管壁间的辐射换热而引起的测温误差，此时气流的真实温度应为多少?讨论此测温误差和换热系数的关系；此测温误差和热电偶头部发射率的关系。解：建立热电偶头部能量平衡式：()()111434111ttAhTTAgb−=−σε式左边为热电偶头部与管壁的辐射换热，为空腔与内包壁间的辐射换热，式右边为热电偶头部与热空气间的对流换热。则：()()400356236731067.58.014481−××=−×××−gtAA代入数据经求解，得℃tg6.470=。可以看出，因温度计头部和管壁之间的辐射换热造成的测温误差为：()℃ttg6.701=−，传热学教学辅导资料—作业答案2009级热能与动力工程专业适用-6-2011-12-21它与121htε有关，要减少测温误差，可以提高12ht，减小1ε，最有效的措施是提高3t和添加遮热罩。