西安交通大学传热学课件9

第九章辐射传热的计算2/92传热学HeatTransfer§9-1辐射传热的角系数一、角系数的定义1、问题的引出211212•两表面之间的辐射传热量与它们之间的相对位置有很大关系！3/92传热学HeatTransfer•－表面1对表面2的角系数：离开表面1的辐射能落到表面2上的份额2、角系数的定义•X1,2•X2,1－表面2对表面1的角系数：离开表面2的辐射能落到表面1上的份额Viewfactor,anglefactor4/92传热学HeatTransfer二、讨论角系数的假定1、两个假定2、优点•物体表面为漫射表面•离开所研究表面的辐射热流密度是均匀的•角系数完全是一个几何因子•物体表面温度及发射率的改变只影响离开表面的辐射能的绝对大小漫反射+T均匀+发射率均匀+反射比均匀5/92传热学HeatTransfer三、角系数的性质1、相对性1,21b1EdddXA1122,12coscosdddAXr•微元面和微元面1111cosddbIA2122coscosdAr6/92传热学HeatTransfer1,222,11ddddddXAXA•有限大小表面11bAE当1,2＝0时，T1＝T21,222,11XAXA1,2X22bAE1,21,2X7/92传热学HeatTransferniinXXXXX1,1,13,12,11,11X1,1？2、完整性8/92传热学HeatTransferniiXX12,12,13、可加性注意：子区域不能重叠！如图所示，表面2分为2A和2B两个面/n个面，则9/92传热学HeatTransfer1,2221,2221,222BbBAbAbXEAXEAXEA注意：子区域不能重叠！1,2221,2221,2BBAAXAAXAAX10/92传热学HeatTransfer四、角系数的计算1、直接积分法22122,1coscosdrAXdd121212,112212112,1d1ddcoscos1AAddAAAXArAAAX这是一个四重积分！图9-7、9-8、9-9，查图时注意对数坐标11/92传热学HeatTransfer2、代数分析法★利用角系数的性质，通过求解代数方程组而获得角系数的方法•三表面封闭系统相对性完整性可加性12/92传热学HeatTransfer13212,12AAAAX2,333,221,333,111,222,112,31,33,21,23,12,1111XAXAXAXAXAXAXXXXXX13212,12llllX注意X1,1=013/92传热学HeatTransfer•交叉线法abadbdabXabbcacabXXXXbdabacabbdabacabcdab221,,,,,abbdacadbcXcdab2,注意X1,1=014/92传热学HeatTransfer•从已知推出未知由P.400图9-8可以查出求X1,2＝？2,AX2,1AX由角系数的可加性1,2,21,2XXXAA2,1112,12,1XAAXAAXAAAA15/92传热学HeatTransfer•利用对称性112412116/92传热学HeatTransfer五、举例锅炉炉膛对水冷壁的辐射角系数17/92传热学HeatTransfer经简化后•变成线AD对弧AB的角系数•记得要乘2倍18/92传热学HeatTransfersBCMBsADBCDABADX2219/92传热学HeatTransfer§9-2两表面封闭系统的辐射传热一、透热介质•指不参与热辐射的介质•空气20/92传热学HeatTransfer如何确保以上两点呢？•计算的对象必须是一个包含所研究表面在内的一个封闭腔/系统•封闭腔的表面可以全部是真实的，也可以部分是假想的二、封闭腔模型•某表面向空间各方向发射出去的辐射能•空间各个方向投射到该表面上的辐射能21/92传热学HeatTransfer三、两黑体表面组成的封闭腔如图，垂直于纸面方向无限长假定出去为“+”111,2bAEX211,22212,11bbbbEEXAEEXA关键1222,1bAEX1,222/92传热学HeatTransferabcd1242412,11212,112,1TTXAEEXAbb举例,,adcadcacacadcXacX1,adcacX∵∴adcacacadcAAX,1,21,11XX1,1,1adcacXX23/92传热学HeatTransfer四、两漫灰表面组成的封闭腔1211T22T以表面1为研究对象•从表面1上出去的辐射能•投入到表面1上的辐射能1、投入辐射G•单位时间内从外界投射到单位表面积上的总辐射能•单位：W/m224/92传热学HeatTransfer2、有效辐射J•单位时间内离开表面的单位表面积上的总辐射能•单位：W/m21,2222,1112,1XJAXJA关键225/92传热学HeatTransfer1111)11(qEJbbJEGEG3、有效辐射与表面辐射传热量的关系1,2222,1112,1XJAXJA111GJq外11111GEqb内假定出去为“+”26/92传热学HeatTransferqEJb)11(4、两漫灰表面组成的封闭腔1,2222,1112,1XJAXJA•一般情形1,22,1221,2112,1qAqA27/92传热学HeatTransfer2222,11111212,1111AXAAEEbb2,1121212,112,11XAEEEEXAbbbb28/92传热学HeatTransfer定义系统黑度（或称为系统发射率）11111121,212,1XXs1,222,11212,112,111111)(XXEEXAbb)(212,112,1bbsEEXA2222,11111212,1111AXAAEEbb29/92传热学HeatTransfer1111112212,112,1AAXXs表面1为凸面或平面11112211AAs•几种特殊情形30/92传热学HeatTransfer1111112212,112,1AAXXs111121s表面积A1与表面积A2相当且无限靠近31/92传热学HeatTransfer1111112212,112,1AAXXs表面积A2比表面积A1大很多且表面1为非凹表面1s•高温管道间•热电偶测温误差21111,2bbEEA32/92传热学HeatTransfer五、例题1、例9-2•液氧储存容器•表面镀银的作用这是有关抑制辐射传热的问题特例2空调器室外机为什么涂成白色？33/92传热学HeatTransfer2、例9-3•高温管道间•有两种处理方法3、例9-4•其实是一个三表面系统•如果表面是黑体，可以计算；如果不是，要用下一节的知识34/92传热学HeatTransfer传热学HeatTransfer§9-3多表面系统的辐射传热•两表面系统：一个表面的净辐射传热量等于其与另一个表面的传热量•多表面系统：一个表面的净辐射传热量等于其与其它表面的传热量之和•前提：被透热介质隔开•方法：（辐射）网络法35/92传热学HeatTransfer传热学HeatTransfer一、两表面封闭系统的辐射网络2222,11111211,2222,1112,1111AXAAEEXJAXJAbb2,1121212,112,11XAJJJJXA36/92传热学HeatTransfer传热学HeatTransferqEJb)11(1JEqbAJEΦb12,1121212,112,11XAJJJJXA37/92传热学HeatTransfer传热学HeatTransferAJEΦb12,11212,11XAJJΦ•相当于电流强度，是过程中传递的量•（Eb-J）、（J1－J2）相当于电压，是过程进行的驱动力；Eb相当于源电势、J相当于节点电势•电阻A12,111XA38/92传热学HeatTransfer传热学HeatTransferAJEΦb12,11212,11XAJJΦ1、表面辐射热阻和空间辐射热阻39/92传热学HeatTransfer传热学HeatTransfer2、两漫灰表面封闭系统辐射网络图2222,11111212,1111AXAAEEbb40/92传热学HeatTransfer传热学HeatTransfer3、辐射传热的网络法•把辐射热阻比拟成等效的电阻从而通过等效网络图来求解辐射传热的方法•要求：（1）节点的概念；（2）表面热阻和空间热阻；（3）画电路图的一些基本知识。41/92传热学HeatTransfer传热学HeatTransfer二、多表面封闭系统的辐射网络1、基本思路•通过等效网络图来获得有效辐射•表面净辐射传热量•两表面之间的辐射传热量AJEΦb12,11212,11XAJJΦ42/92传热学HeatTransfer传热学HeatTransfer•每一个参与辐射传热的表面：2、建立等效网络图的步骤源电势（同温度下黑体辐射力）、电阻（表面辐射热阻）、节点电势（该表面的有效辐射）。•任意两个表面之间通过空间辐射热阻连接起来43/92传热学HeatTransfer传热学HeatTransfer44/92传热学HeatTransfer传热学HeatTransfer3、节点电流方程01113,11132,111211111XAJJXAJJAJEb节点145/92传热学HeatTransfer传热学HeatTransfer01113,22232,112122222XAJJXAJJAJEb节点201113,22323,113133333XAJJXAJJAJEb节点346/92传热学HeatTransfer传热学HeatTransfer4、求解及结果•求解上述方程，得到Ji•任一表面的净辐射传热量•任意两表面间的辐射传热量AJEΦb12,11212,11XAJJΦ47/92传热学HeatTransfer传热学HeatTransfer1、有一个表面为黑体三、两种特殊情形黑体的表面辐射热阻为零48/92传热学HeatTransfer传热学HeatTransfer2、有一个表面是辐射绝热的qEJb)11(bEJ49/92传热学HeatTransfer传热学HeatTransfer3、比较•机理不同•温度确定与否？表现在节点电势（有效辐射）已知或未知bEJ已知未知50/92传热学HeatTransfer传热学HeatTransfer例题9-5两块尺寸为1m2m，间距为1m的平行平板置于室温t3=27℃的大厂房内。平板背面不参与换热。已知两板的温度和发射率分别为t1=827℃，t2=327℃，ε1=0.2，ε2=0.5，试计算每个板的净辐射热量及厂房壁所得到的辐射热量。四、例题51/92传热学HeatTransfer传热学HeatTransfer分析：•3个表面间的辐射传热问题；•厂房面积很大，表面热阻可取为零，J3=Eb3解：计算：52/92传热学HeatTransfer传热学Heat