辐射传热的计算

长江大学机械工程学院SchoolofMechanicalEngineering一、组成辐射网络的基本热阻（1）表面辐射热流iiiibiiAJE1（2）空间辐射热流1,22212,11212,111XAJJXAJJ知识回顾：bE1A1J1J12，2,111XA2J长江大学机械工程学院SchoolofMechanicalEngineering二、漫灰表面之间辐射换热的网络求解法①两漫灰表面构成封闭空间的辐射换热1bE1111A2J1J2bE2221A1,222,111/1XAXA2,1122222,111114241021111)(AXAATT11,212()sbbAXEE系统黑度：)11()11(1121,212,1XXs长江大学机械工程学院SchoolofMechanicalEngineeringa）一凸形/平漫灰表面被另一漫灰表面包围。11112211AAs0/,1212,1AAXb）凸形漫灰表面对大空间。1s)(424101121TTA)(42410121TTAsc)两紧靠平行表面，即A1/A21，X1,2=1。111121s)(42410121TTAs长江大学机械工程学院SchoolofMechanicalEngineeringEb1Eb2Eb3J1J2J32,111XA2221A3,111XA3,221XA3331A②三个漫灰表面构成封闭空间的辐射换热节点1：11213111111,211,30111bEJJJJJAAXAX节点2：22123222211,222,30111bEJJJJJAAXAX节点3：01113,22323,113133333XAJJXAJJAJEb1111A长江大学机械工程学院SchoolofMechanicalEngineeringa）一表面为黑体。两特殊情形：Eb1Eb2J1J2J3=Eb31111A2,111XA2221A3,111XA3,221XA表面3为黑体节点1：01113,11132,111211111XAJEXAJJAJEbb节点2：01113,22232,112122222XAJEXAJJAJEbb长江大学机械工程学院SchoolofMechanicalEngineeringEb1Eb2J1J2J3=Eb31111A2,111XA2221A3,111XA3,221XA表面3绝热b）一表面绝热。tbbREE212,1eqtRAAR222111113,223,112,11111111XAXAXAReq长江大学机械工程学院SchoolofMechanicalEngineering9-35：设有如附图所示的几何体，半球表面是绝热的，底面被一直径（D＝0.2m）分为1、2两部分。表面1为灰体，T1=550K,ε=0.35，表面2为黑体，T2=330K。试计算表面1的净辐射损失及表面3的温度。Eb1Eb2J1J2J32,111XA2221A3,111XA3,221XAEb33331A1111A=Eb3=Eb2长江大学机械工程学院SchoolofMechanicalEngineering3绝热，D＝0.2m。T1=550K,ε=0.35，2为黑体，T2=330K。计算Φ1及T3的温度。Eb1J1J2J33,111XA3,221XA1111A=Eb3=Eb221210.015724AAD2320.0628AR2,31X1,31X2111110.35118.30.350.0157mA211,31163.70.0157mAX222,31163.70.0157mAX长江大学机械工程学院SchoolofMechanicalEngineering3绝热，D＝0.2m。T1=550K,ε=0.35，2为黑体，T2=330K。计算Φ1及T3的温度。Eb1J1J2J3=Eb3=Eb22118.3m263.7m263.7m441211,25.675.53.3118.363.763.7118.363.763.7bbEE18.455W443131,25.675.5/100118.363.7118.363.7bTEJ3423.8TK长江大学机械工程学院SchoolofMechanicalEngineering第九章辐射传热的计算§9-1辐射传热的角系数§9-2两表面封闭系统的辐射传热§9-3多表面系统的辐射传热§9-4气体辐射的特点及计算§9-5辐射传热的控制§9-6综合传热问题分析长江大学机械工程学院SchoolofMechanicalEngineering工业上常见的温度范围内，氧、氮、氢等分子结构对称的双原子气体，可认为是热辐射的透明体。辐射性气体主要有：二氧化碳、水蒸气、二氧化硫、甲烷、氟里昂等三原子、多原子及结构不对称的双原子气体（一氧化碳）。§9-4气体辐射的特点及计算长江大学机械工程学院SchoolofMechanicalEngineering1.对波长的选择性辐射性气体只在某些特定波段具有辐射和吸收本领。§9-4气体辐射的特点及计算一、气体辐射的特点CO2的主要辐射光带：H2O的主要辐射光带：2.65~2.8m4.15~4.45m13~17m、、2.55~2.84m5.6~7.6m12~30m、、CO2和H2O的主要吸收谱带长江大学机械工程学院SchoolofMechanicalEngineering§9-4气体辐射的特点及计算2、容积性投射到气体层界面上的辐射能在辐射行程中逐渐被吸收，同时界面上所感受到的辐射为整个容积的总辐射。因此，气体的吸收和发射与辐射在气体中穿行的距离长短（通常叫行程）以及气体分子的密度有直接关系。而气体的密度则取决于它的温度和分压力。长江大学机械工程学院SchoolofMechanicalEngineering二、气体辐射的衰减规律三、气体辐射的光谱吸收比、光谱发射率四、气体的发射率εg和吸收比αg五、气体与包壁的辐射传热§9-4气体辐射的特点及计算长江大学机械工程学院SchoolofMechanicalEngineering例2：在太阳系中，地球和火星距太阳的距离相差不大，但为什么火星表面温度昼夜变化却比地球要大得多？长江大学机械工程学院SchoolofMechanicalEngineering强化辐射换热的主要途径：（1）增加发射率；（2）增大面积A；（3）增加角系数。削弱辐射换热的主要途径：（1）降低发射率；（2）降低角系数/减小表面A；（3）加入遮热板。2222,11111424102,1111)(AXAATT§9-5辐射换热的强化与削弱长江大学机械工程学院SchoolofMechanicalEngineering遮热板是指两个辐射换热表面之间插入用以削弱辐射换热的薄板，其实质相当于降低了表面发射率。T1ε1AT2ε2AT3,ε3,A遮热板§9-5辐射换热的强化与削弱长江大学机械工程学院SchoolofMechanicalEngineeringT1ε1AT2ε2AT3,ε3,A遮热板Eb1Eb2111A2,11AX221A2,1加入平板3后：Eb1Eb2111A3,11AX331A3,21AX331A221A213§9-5辐射换热的强化与削弱长江大学机械工程学院SchoolofMechanicalEngineeringT1ε1AT2ε2AT3,ε3,A没有遮热板时：11121424102,1TTA加入遮热板后：()()()440131,33,21,213444403201232132==1111111212ATTATTATTseesseeeee-¢FFF=+---==+-++-如果所有平板的黑度均相同，即ε1=ε2=ε3=ε：2,1424102,121)111(2TTA§9-5辐射换热的强化与削弱长江大学机械工程学院SchoolofMechanicalEngineering例3：有两块无限大平板，其发射率分别为0.3和0.8，两者由于温度不同进行辐射换热。若在两平板之间插入一块两面抛光的铝遮挡板，其发射率为0.04，求由此引起的辐射换热降低的百分率。0.044.018.0211121424102,1TTA()440121,21321212ATTseee-¢F=++-长江大学机械工程学院SchoolofMechanicalEngineering0.04解：未加入遮热板前：75.2118.014.011111121s加遮热板后：11111151.75110.40.040.040.8s4.018.02辐射换热降低的百分率：%7.94%10075.2175.51175.21sss长江大学机械工程学院SchoolofMechanicalEngineering例4：在两块平行放置的相距很近的大平板1与2中插入一块很薄且两个表面黑度不等的第三块平板。已知t1=300℃，t2=100℃，ε1=0.5，ε2=0.8，当板3的A面朝向表面1时，板3的温度为170℃，当板3的B面朝向表面1时，稳态时板3的温度为260℃。试确定表面A、B各自的黑度（精确到2位有效数字），并说说不同放置方式对散热损失有无影响？132AB长江大学机械工程学院SchoolofMechanicalEngineering已知t1=300℃，t2=100℃，ε1=0.5，ε2=0.8，当3的A→1时，板3的温度为170℃，当3的B→1时，板3稳态时的温度为260℃。确定ε3A、ε3B132AB()()44440130321,31313111111AABATTATTsseeee--F==+-+-A→1时，板3的温度为170℃:617.3373443443573111111444421BA长江大学机械工程学院SchoolofMechanicalEngineeringB→1时：264.2373533533573111111444421AB64.0,18.0BA同理：说说不同放置方式对散热损失有无影响？长江大学机械工程学院SchoolofMechanicalEngineering例4:如图所示，两漫灰同心圆球壳之间插入一通信辐射遮热球壳，试问遮热球壳靠近外球壳还是靠近内球壳时，球壳1和球壳2表面之间的辐射散热量越大？12i长江大学机械工程学院SchoolofMechanicalEngineering12i440121,2121111,,222()111111iiiiiiiiiTTAAXAAAXA遮热球壳靠近外球壳还是靠近内球壳时，球壳1和球壳2表面之间的辐射散热量越大？1,2Ai↑长江大学机械工程学院SchoolofMechanicalEngineering遮热板的应用举例：对储存液氮、液氧等容器，为了提高保温效果，采用多层平壁并抽真空。遮热板用塑料薄膜制成，（1）储存液态气体的低温容器；其上涂以反射比很大的金属箔层。箔层厚度约0.01～0.05ｍｍ，箔间嵌以质轻且导热系数小的材料作分隔层，绝热层中抽成高度真空。§9-5辐射换热的强化与削弱长江大学机械工程学院SchoolofMechanicalEngineering（2）超级隔热油管石油在地层下数千米，粘度大，开采时需注射高温高压蒸汽使其粘度降低。为减少蒸汽散热损失，可采用