第9章輻射換熱計算_PowerVideoTmp

1、Calculation of Radiation Heat Transfer2傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章v黑體表面間的輻射換熱黑體表面間的輻射換熱v 灰體表面間的輻射換熱灰體表面間的輻射換熱v角系數(shù)的確定方法角系數(shù)的確定方法v氣體輻射的特點氣體輻射的特點v太陽輻射太陽輻射3傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章v輻射換熱的推動力：輻射換熱的推動力：諸表面之間溫度不同諸表面之間溫度不同v影響輻射換熱的因素影響輻射換熱的因素：物體表面的溫度，表面形：物體表面的溫度，表面形狀及尺寸，表面間相對位置，表面的輻射及吸收狀及尺寸，表面間相對位置，表面的輻射及吸收特性。特性。v分析對象：分析對象：黑表面、漫黑表面、漫- -

2、灰表面灰表面v實際物體分析中的假定實際物體分析中的假定：物體表面為恒溫表面；：物體表面為恒溫表面；為漫為漫- -灰表面；之間氣體為透明體。灰表面；之間氣體為透明體。v輻射換熱阻力輻射換熱阻力：空間熱阻和表面熱阻兩大類。：空間熱阻和表面熱阻兩大類。v輻射換熱計算中最有效、應(yīng)用最普遍的方法是輻射換熱計算中最有效、應(yīng)用最普遍的方法是封封閉空腔網(wǎng)絡(luò)法閉空腔網(wǎng)絡(luò)法。4傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章非凹黑表面：輻射能量不會被自己吸收，遵循蘭貝非凹黑表面：輻射能量不會被自己吸收，遵循蘭貝特定律。特定律。5傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章dA1投射到dA2的能量d1-2：dA2投射到dA1的能量d2-1：12212dAdA

3、b1122coscosdd dEA Ar21212dAdAb2122coscosdd dEA Ar12122122212dA ,dAdAdAdAdAb1b2122coscosddd()d dEEA Ar1212122121,2dA ,dAb1b2122coscosd()d dA AA AEEA Ar6傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章v兩表面之間的輻射換熱量與兩表面之間的兩表面之間的輻射換熱量與兩表面之間的相對位置有很大關(guān)系；相對位置有很大關(guān)系；v由由A A1 1發(fā)射出的輻射能中只有一部分落到發(fā)射出的輻射能中只有一部分落到A A2 2上，上，同時，由同時，由A A2 2發(fā)射出的輻射能中只有一部分落發(fā)射出

4、的輻射能中只有一部分落到到A A1 1上。上。v引出角系數(shù)概念。引出角系數(shù)概念。7傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章1 1、角系數(shù)、角系數(shù)X X1,21,2v定義：表面定義：表面1 1向半球空間輻射的能量投落向半球空間輻射的能量投落到表面到表面2 2上的百分?jǐn)?shù)。是無量綱量。上的百分?jǐn)?shù)。是無量綱量。角系數(shù)的互換性角系數(shù)的互換性8傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章v僅表示離開某表面的輻射能中到達(dá)另一表僅表示離開某表面的輻射能中到達(dá)另一表面的百分?jǐn)?shù)，而與另一表面的系數(shù)能力無面的百分?jǐn)?shù)，而與另一表面的系數(shù)能力無關(guān)。關(guān)。v是一個純粹的幾何量，僅取決于表面的大是一個純粹的幾何量，僅取決于表面的大小和相對位置，與輻射物體是否是

5、黑體無小和相對位置，與輻射物體是否是黑體無關(guān)。關(guān)。v前提條件：前提條件：物體表面為漫射表面；物體表面為漫射表面；物體表面的輻射物性均勻，即溫度均勻、發(fā)射物體表面的輻射物性均勻，即溫度均勻、發(fā)射率及反射比均勻。率及反射比均勻。v特性：互換性。特性：互換性。9傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章根據(jù)角系數(shù)定義，兩黑體表面間的總輻射換根據(jù)角系數(shù)定義，兩黑體表面間的總輻射換熱量：熱量： 與與I=U/RI=U/R相比較，有：相比較，有：10傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章v描述了由于幾何尺寸和相對位置的原因，描述了由于幾何尺寸和相對位置的原因，使得從一個表面發(fā)射的輻射能量不能全部使得從一個表面發(fā)射的輻射能量不能全部到達(dá)另一

6、個表面而造成的輻射換熱的阻力。到達(dá)另一個表面而造成的輻射換熱的阻力。 v兩黑體表面間輻射換熱的熱阻網(wǎng)絡(luò)如圖所兩黑體表面間輻射換熱的熱阻網(wǎng)絡(luò)如圖所示。示。v取決于表面間的幾何關(guān)系，當(dāng)表面間的角取決于表面間的幾何關(guān)系，當(dāng)表面間的角系數(shù)越小或表面積越小，則能量從表面系數(shù)越小或表面積越小，則能量從表面1 1投射到表面投射到表面2 2上的空間熱阻就越大。上的空間熱阻就越大。 11傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章如圖所示為如圖所示為n n個黑體表面組成了封閉空腔。個黑體表面組成了封閉空腔。1 1、封閉空腔某一黑體表面的凈換熱量：、封閉空腔某一黑體表面的凈換熱量： 2 2、角系數(shù)的完整性：、角系數(shù)的完整性： 注意：

7、 對于平面或凸表面等于對于平面或凸表面等于0，對于凹面不等于，對于凹面不等于0。 12傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章njjijbjibinjijibjijinjbiijibjnjbinjjiiAXEAEAXEAXEAXEE1,1,1,11,)(表明：黑表面表明：黑表面i i與所有其他黑表面的總輻射換熱量，與所有其他黑表面的總輻射換熱量，就是黑表面就是黑表面i i發(fā)射的能量與諸黑表面向表面發(fā)射的能量與諸黑表面向表面i i投射能投射能量的差額。量的差額。13傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章1 1、封閉空腔網(wǎng)絡(luò)法、封閉空腔網(wǎng)絡(luò)法 v首先所有表面必須形成封閉空腔。首先所有表面必須形成封閉空腔。v然后根據(jù)以下原則繪出

8、輻射換熱熱阻網(wǎng)絡(luò)然后根據(jù)以下原則繪出輻射換熱熱阻網(wǎng)絡(luò)圖，如圖所示分別為兩個和三個黑體表面圖，如圖所示分別為兩個和三個黑體表面組成封閉空腔時輻射換熱熱阻網(wǎng)絡(luò)圖。組成封閉空腔時輻射換熱熱阻網(wǎng)絡(luò)圖。14傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章每個表面是一個結(jié)點，其熱勢為每個表面是一個結(jié)點，其熱勢為EbEb每兩個表面間連接一個相應(yīng)的空間熱阻。每兩個表面間連接一個相應(yīng)的空間熱阻。若某角系數(shù)為若某角系數(shù)為0 0，即空間熱阻，即空間熱阻，則相應(yīng)，則相應(yīng)兩個表面間可以斷開，不連接空間熱阻。兩個表面間可以斷開，不連接空間熱阻。若某表面絕熱，則其為浮動熱勢，不與接若某表面絕熱，則其為浮動熱勢，不與接地相連。稱絕熱表面或重輻射面。

9、地相連。稱絕熱表面或重輻射面。再根據(jù)輻射換熱熱阻網(wǎng)絡(luò)圖進(jìn)行輻射換熱再根據(jù)輻射換熱熱阻網(wǎng)絡(luò)圖進(jìn)行輻射換熱計算。計算。網(wǎng)絡(luò)法要點：網(wǎng)絡(luò)法要點：15傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章兩黑體表面：兩黑體表面： 三個黑體表面：三個黑體表面：16傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章v絕熱表面又稱重輻射表面，是指絕熱良絕熱表面又稱重輻射表面，是指絕熱良好，因而在由多個表面組成的輻射換熱好，因而在由多個表面組成的輻射換熱體系中凈得失熱量為零的表面。體系中凈得失熱量為零的表面。v實用價值：如各種加熱爐、工業(yè)窯爐，實用價值：如各種加熱爐、工業(yè)窯爐，如果爐墻隔熱比較好，就可以近似視為如果爐墻隔熱比較好，就可以近似視為絕熱面。絕熱面。v對

10、于有一個重輻射面的三表面輻射換熱對于有一個重輻射面的三表面輻射換熱體系來說，來自高溫表面體系來說，來自高溫表面1 1的熱流必定等的熱流必定等于流向低溫表面于流向低溫表面2 2的熱流。而重輻射表面的熱流。而重輻射表面3 3的的“電位電位”是是“浮動浮動”的，它的數(shù)值取的，它的數(shù)值取決于左右兩個空間熱阻的相對大小。決于左右兩個空間熱阻的相對大小。 17傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章v從物理本質(zhì)看，重輻射面本身沒有凈得失從物理本質(zhì)看，重輻射面本身沒有凈得失熱量，但是它對整個體系的換熱狀況產(chǎn)生熱量，但是它對整個體系的換熱狀況產(chǎn)生了明顯的影響。它為了明顯的影響。它為1 1、2 2兩個表面之間的兩個表面之間的輻

11、射熱交換提供了另一條并聯(lián)途徑。雖然輻射熱交換提供了另一條并聯(lián)途徑。雖然從表面看流進(jìn)、流出重輻射節(jié)點的熱流恰從表面看流進(jìn)、流出重輻射節(jié)點的熱流恰好相等，像好相等，像“反射反射”一樣，但是從物理概一樣，但是從物理概念上不能把重輻射表面視為念上不能把重輻射表面視為1 1的純反射的純反射面。面。v存在重輻射表面時，輻射換熱求解將簡化，存在重輻射表面時，輻射換熱求解將簡化，只需用熱阻串并聯(lián)的辦法就可以解出來。只需用熱阻串并聯(lián)的辦法就可以解出來。 18傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章19傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章角系數(shù)：角系數(shù)：表面表面1 1、2 2之間沒有直接輻射換熱，僅是依靠絕熱表之間沒有直接輻射換熱，僅是依靠

12、絕熱表面面3 3間接地進(jìn)行輻射換熱，其換熱量為：間接地進(jìn)行輻射換熱，其換熱量為：213,11,33,223/210.252ArXXXAr 20傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章根據(jù)輻射換熱熱阻網(wǎng)絡(luò)圖的特點，存在以下關(guān)系：根據(jù)輻射換熱熱阻網(wǎng)絡(luò)圖的特點，存在以下關(guān)系：從而得到容器壁從而得到容器壁3 3的溫度的溫度32, 33231 , 31311AXEEAXEEbbbb21傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章一、有效輻射及有效投射一、有效輻射及有效投射為處理問題方便，定義：為處理問題方便，定義：有效輻射有效輻射：離開某表面單位面積上的輻射能量，：離開某表面單位面積上的輻射能量，J J，W/mW/m2 2。有效投射有效投

13、射：到達(dá)某表面單位面積上的輻射能量，：到達(dá)某表面單位面積上的輻射能量，G G，W/mW/m2 2。有效輻射把表面的自身發(fā)射和有效輻射把表面的自身發(fā)射和對外來投射的反射合并起來考對外來投射的反射合并起來考慮。慮。22傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章1 1、凈輻射換熱量、凈輻射換熱量表面有效輻射為：表面有效輻射為：則該表面凈輻射換熱量為：則該表面凈輻射換熱量為：23傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章 即為表面熱阻。即為表面熱阻。它只與物體表面輻射和吸收特性有關(guān)。圖為輻射換它只與物體表面輻射和吸收特性有關(guān)。圖為輻射換熱熱阻網(wǎng)絡(luò)圖。熱熱阻網(wǎng)絡(luò)圖。2 2表面熱阻表面熱阻對于漫對于漫- -灰表面，灰表面，=。合并上述兩式，

14、有：。合并上述兩式，有：24傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章每個表面是一個結(jié)點，其熱勢為每個表面是一個結(jié)點，其熱勢為EbEb( (對于漫對于漫- -灰表面為有效輻射灰表面為有效輻射J)J)。每兩個表面間連接一個相應(yīng)的空間熱阻。每兩個表面間連接一個相應(yīng)的空間熱阻。每個表面與接地間連接一個表面熱阻。每個表面與接地間連接一個表面熱阻。若某角系數(shù)為若某角系數(shù)為0 0，即空間熱阻，即空間熱阻，則相應(yīng)，則相應(yīng)兩個表面間可以斷開，不連接空間熱阻。兩個表面間可以斷開，不連接空間熱阻。若某表面絕熱，則其為浮動熱勢，不與接若某表面絕熱，則其為浮動熱勢，不與接地相連。稱絕熱表面或重輻射面。地相連。稱絕熱表面或重輻射面。再根

15、據(jù)輻射換熱熱阻網(wǎng)絡(luò)圖進(jìn)行輻射換熱計算。網(wǎng)絡(luò)法要點：網(wǎng)絡(luò)法要點：25傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章1 1、兩個表面間的輻射換熱、兩個表面間的輻射換熱兩個漫兩個漫- -灰表面組成封閉空腔，灰表面組成封閉空腔，其輻射換熱熱阻網(wǎng)絡(luò)如圖所示。其輻射換熱熱阻網(wǎng)絡(luò)如圖所示。換熱量：換熱量：分析：分析：1 1）修正因子）修正因子s s，稱為系統(tǒng)發(fā)射率。，稱為系統(tǒng)發(fā)射率。2 2）適用條件：僅適用于計算非凹表面。）適用條件：僅適用于計算非凹表面。26傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章?lián)Q熱量：換熱量： 空腔與內(nèi)包壁空腔與內(nèi)包壁特點特點換熱量：換熱量： 兩個特例：兩個特例：兩無限大平壁兩無限大平壁特點：特點：【例例9-29-2、9-

16、39-3】27傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章12E1 J1 J2=G128傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章29傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章板板1 1的本身輻射的本身輻射 對板對板1 1的投入輻射即為板的投入輻射即為板2 2的有效輻射的有效輻射 板板1 1的反射輻射的反射輻射 板板1 1的有效輻射的有效輻射 板板2 2的有效輻射的有效輻射 板板1 1、2 2間的輻射換熱量間的輻射換熱量 30傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章以三個漫以三個漫- -灰表面組成封閉空腔為例，其輻射換熱熱阻灰表面組成封閉空腔為例，其輻射換熱熱阻網(wǎng)絡(luò)如圖所示。網(wǎng)絡(luò)如圖所示。表面的凈換熱量：表面的凈換熱量：表面間的換熱量：表面間的換熱量： 31傳熱學(xué)

17、第九章傳熱學(xué)第九章有效輻射的確定有效輻射的確定應(yīng)用電學(xué)的基爾霍夫定律應(yīng)用電學(xué)的基爾霍夫定律流入每個結(jié)點的電流流入每個結(jié)點的電流(即即熱流熱流)總和為零總和為零，聯(lián)立求解。，聯(lián)立求解。32傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章1 1） 分析封閉系統(tǒng)組成及各表面性質(zhì)；分析封閉系統(tǒng)組成及各表面性質(zhì)；2 2） 畫等效電路圖；畫等效電路圖；3)3) 列出各節(jié)點的熱流列出各節(jié)點的熱流( (電流電流) )方程組；方程組；4)4) 求解方程組，以獲得各個節(jié)點的有效輻射；求解方程組，以獲得各個節(jié)點的有效輻射；5)5) 利用公式利用公式 計算每個表面計算每個表面的凈輻的凈輻射熱流量和表面間的輻射換熱量。射熱流量和表面間的輻射換

18、熱量。iiiibiiAJE133傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章34傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章433213212, 112/ )(TEJJJREEbbbb35傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章由于工程上的需求，經(jīng)常需要強(qiáng)化或削弱輻射換熱。由于工程上的需求，經(jīng)常需要強(qiáng)化或削弱輻射換熱。強(qiáng)化輻射換熱強(qiáng)化輻射換熱的主要途徑有兩種：的主要途徑有兩種： (1) (1) 增加發(fā)射率；增加發(fā)射率；(2) (2) 增加角系數(shù)。增加角系數(shù)。削弱輻射換熱削弱輻射換熱的主要途徑有三種：的主要途徑有三種： (1) (1) 降低發(fā)射率；降低發(fā)射率；(2) (2) 降低角系數(shù)；降低角系數(shù)； (3) (3) 加入隔熱板。加入隔熱板。其實插入防

19、熱板相當(dāng)于降低了表面發(fā)射率。其實插入防熱板相當(dāng)于降低了表面發(fā)射率。本節(jié)主要討論這種削弱輻射換熱的方式。本節(jié)主要討論這種削弱輻射換熱的方式。36傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章11121424121 )T(Tqb,現(xiàn)在在兩面之間插入一塊發(fā)射率為現(xiàn)在在兩面之間插入一塊發(fā)射率為3 3 的遮熱板，的遮熱板，這樣就組成了兩個換熱系統(tǒng)，如圖所示這樣就組成了兩個換熱系統(tǒng)，如圖所示. .對于兩個無限大平面組成的封閉系統(tǒng)，其單位表面積對于兩個無限大平面組成的封閉系統(tǒng)，其單位表面積換熱量為換熱量為: :37傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章穩(wěn)態(tài)時有穩(wěn)態(tài)時有: : 3212, 33, 12, 1214241b2, 1234243b2

20、, 3314241b3, 1111)TT(21111)TT(111)TT(qqqqqq可見，與沒有遮熱板時相比，輻射換熱量減小了一半。當(dāng)可見，與沒有遮熱板時相比，輻射換熱量減小了一半。當(dāng)加入加入n n塊與壁面發(fā)射率相同的遮熱板，則換熱量將減少到塊與壁面發(fā)射率相同的遮熱板，則換熱量將減少到原來的原來的1/1/（n n1 1）。即遮熱板層數(shù)越多，遮熱效果越好。）。即遮熱板層數(shù)越多，遮熱效果越好。38傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章未加遮熱板時：未加遮熱板時： 在板間加入遮熱板后：在板間加入遮熱板后： 【例例9-79-7】39傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章40傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章不加遮熱罩：不加遮熱罩：加遮熱

21、罩：加遮熱罩：熱電偶結(jié)點：熱電偶結(jié)點：遮熱罩：遮熱罩：41傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章v不加遮熱罩不加遮熱罩（熱電偶結(jié)點為研究對象）（熱電偶結(jié)點為研究對象）得熱：對流換熱得熱：對流換熱失熱：結(jié)點對壁面的輻射熱失熱：結(jié)點對壁面的輻射熱v加遮熱罩：加遮熱罩：結(jié)點：得熱（對流）、失熱（結(jié)點對遮熱罩內(nèi)結(jié)點：得熱（對流）、失熱（結(jié)點對遮熱罩內(nèi)壁面輻射）壁面輻射）遮熱罩：得熱（遮熱罩：得熱（ 內(nèi)外壁面對流和結(jié)點對內(nèi)壁內(nèi)外壁面對流和結(jié)點對內(nèi)壁面輻射）面輻射）失熱（外壁面對排氣管輻射）失熱（外壁面對排氣管輻射）42傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章v不加遮熱罩不加遮熱罩（熱電偶結(jié)點為研究對象）（熱電偶結(jié)點為研究對象）v加遮

22、熱罩：加遮熱罩：)TT(A)tt (hAwcbcccgc44)TT(A)tt (hAscbcccgc44)TT(A)TT(A)tt (Ahwsbssscbccsgcs4444243傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章v排氣管內(nèi)熱電偶測溫讀數(shù)低于真實溫度；排氣管內(nèi)熱電偶測溫讀數(shù)低于真實溫度；v測溫誤差為：測溫誤差為：tg-tctg-tcv減小測溫誤差的措施：減小測溫誤差的措施：提高提高twtw，保溫，保溫提高提高h(yuǎn) h，對流熱阻減小，抽氣式熱電偶，對流熱阻減小，抽氣式熱電偶降低降低cc，減小輻射熱阻，遮熱罩，減小輻射熱阻，遮熱罩v若用熱電偶測空調(diào)房間溫度或冷管道氣溫，熱電若用熱電偶測空調(diào)房間溫度或冷管道氣溫

23、，熱電偶讀數(shù)高于真實溫度。偶讀數(shù)高于真實溫度。v在常溫狀態(tài)下，輻射散熱量常與自然對流散熱量在常溫狀態(tài)下，輻射散熱量常與自然對流散熱量處于同一數(shù)量級。處于同一數(shù)量級。44傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章建立熱電偶頭部能量平衡式：建立熱電偶頭部能量平衡式：可以看出，因溫度計頭部和管壁之間的輻射換熱造成的測溫可以看出，因溫度計頭部和管壁之間的輻射換熱造成的測溫誤差為誤差為 （tgt1），），它與它與1、t2、h1有關(guān)，要減少測溫誤差，有關(guān)，要減少測溫誤差，可以提高可以提高 t2、h1，減小減小1。最有效的措施是提高最有效的措施是提高t2和添加遮和添加遮熱罩。熱罩。例例9-845傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章 漫射

24、表面間的輻射換熱計算，必須先漫射表面間的輻射換熱計算，必須先要知道它們之間的輻射角系數(shù)。求角系要知道它們之間的輻射角系數(shù)。求角系數(shù)的常用方法有：數(shù)的常用方法有： (1)(1)直接積分法直接積分法 (2)(2)數(shù)值計算方法數(shù)值計算方法 (3)(3)圖解方法圖解方法 (4)(4)代數(shù)方法代數(shù)方法 (5)(5)幾何投影方法幾何投影方法( (單位球法單位球法) )，這里主要介紹積分法和代數(shù)法。這里主要介紹積分法和代數(shù)法。46傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章直接用角系數(shù)的公式進(jìn)行積分得出。直接用角系數(shù)的公式進(jìn)行積分得出。2221221coscosdArXA,AdA 此法太煩，有人做成圖表，供查閱此法太煩，有人做

25、成圖表，供查閱P242P242、243243圖圖 222222A)x(RxdxR2224DRD 0222222)x(RdxRD/一一. .積分法積分法47傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章48傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章49傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章注意：查圖時，嚴(yán)格按圖示確定注意：查圖時，嚴(yán)格按圖示確定X、Y、Z的值。的值。50傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章1 1、角系數(shù)的性質(zhì)、角系數(shù)的性質(zhì)代數(shù)法是以角系數(shù)的性質(zhì)為基礎(chǔ)的。互換性：互換性：完整性：完整性： 分解性：（如圖所示）分解性：（如圖所示） 二二.代數(shù)法代數(shù)法51傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章發(fā)射面被分解：發(fā)射面被分解：受射面被分解：受射面被分解： 52傳熱學(xué)第九

26、章傳熱學(xué)第九章例例1 1：三個非凹表面構(gòu)成的封閉系統(tǒng)，如圖三個非凹表面構(gòu)成的封閉系統(tǒng)，如圖完整性：完整性：1112.31.33.21.23.12.1XXXXXX相對性：相對性：2 . 333 . 221 . 333 . 111 . 222 . 11XAXAXAXAXAXA六個方程六個未知數(shù)可解六個方程六個未知數(shù)可解13212 .12AAAAX 三、舉例三、舉例53傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章例例2 2：任意兩個不相交非凹表面，：任意兩個不相交非凹表面，如圖如圖做輔助線做輔助線acac，bdbd由完整性由完整性1.bdabacabcdabXXXbdabacabXXX.2 . 11 再作輔助線再作輔助

27、線adad、bcbc，則成為兩個三表面封閉系統(tǒng)。，則成為兩個三表面封閉系統(tǒng)。abbcacabXacab2.abadbdabXbdab2.于是于是abadbdababbcacabX2212 . 1 abbdacadbcabadbdabbcacabab2)()(22 的的長長度度表表面面不不交交線線之之和和交交叉叉線線之之和和12 54傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章例例3 3、求空腔內(nèi)壁面、求空腔內(nèi)壁面2 2對開口對開口1 1的角系數(shù)。的角系數(shù)。利用角系數(shù)的互換性和完整性利用角系數(shù)的互換性和完整性即可求出。作輔助面即可求出。作輔助面1 1，如圖所，如圖所示。由于壁面示。由于壁面2 2為凹表面，為凹表面，

28、所以所以由角系數(shù)的互換性由角系數(shù)的互換性但但55傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章56傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章各種氣體輻射和吸收特性差異較大各種氣體輻射和吸收特性差異較大v單原子氣體和某些分子結(jié)構(gòu)為對稱型雙原單原子氣體和某些分子結(jié)構(gòu)為對稱型雙原子氣體子氣體( (如如O2O2、N2N2、H2H2等等) )，僅具有微弱的，僅具有微弱的輻射和吸收能力，一般可認(rèn)為屬熱輻射的輻射和吸收能力，一般可認(rèn)為屬熱輻射的透明介質(zhì)；透明介質(zhì)；v三原子、多原子及分子結(jié)構(gòu)為不對稱型的三原子、多原子及分子結(jié)構(gòu)為不對稱型的雙原子氣體（如雙原子氣體（如CO2CO2、H2O(g)H2O(g)、SO2SO2、CH4CH4、COCO）等，具

29、有較強(qiáng)的輻射和吸收能力。）等，具有較強(qiáng)的輻射和吸收能力。57傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章 如圖所示為具有輻射和吸收能力氣體的輻射和如圖所示為具有輻射和吸收能力氣體的輻射和吸收光譜，可見其輻射和吸收特性具有明顯的選吸收光譜，可見其輻射和吸收特性具有明顯的選擇性，即僅在某些波長范圍內(nèi)具有輻射和吸收能擇性，即僅在某些波長范圍內(nèi)具有輻射和吸收能力，而對應(yīng)波長范圍稱為光帶。力，而對應(yīng)波長范圍稱為光帶。由于輻射對波長具有選擇性，所以氣體不能作灰體。由于輻射對波長具有選擇性，所以氣體不能作灰體。58傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章氣體氣體 gg1透明固體透明固體 159傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章 固體和液體的輻射和吸收是

30、在表面進(jìn)固體和液體的輻射和吸收是在表面進(jìn)行的，而氣體則在其整個容積內(nèi)進(jìn)行的。行的，而氣體則在其整個容積內(nèi)進(jìn)行的。光帶內(nèi)輻射能量減弱的程度與射線行程光帶內(nèi)輻射能量減弱的程度與射線行程以及氣體的溫度、分壓力有關(guān)，即：以及氣體的溫度、分壓力有關(guān)，即： ),(,spTfg60傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章可以看出光譜輻射強(qiáng)度穿過氣體層是按指數(shù)規(guī)律可以看出光譜輻射強(qiáng)度穿過氣體層是按指數(shù)規(guī)律減弱的。減弱的。某波長射線穿過氣體層時的減弱某波長射線穿過氣體層時的減弱 sIIsxKII,0, dd0 x,x,)exp(0,s,sKII61傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章1. 1. 氣體的光譜吸收比和光譜發(fā)射率氣體的光譜吸收比

31、和光譜發(fā)射率,g1 exp()k ps ,g,g1 exp()k ps 2 2氣體的發(fā)射率氣體的發(fā)射率gb0g4bg1 exp()dk ps ET62傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章63傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章燃燒產(chǎn)生的煙氣中混合氣體的發(fā)射率為燃燒產(chǎn)生的煙氣中混合氣體的發(fā)射率為 OHCOg223 3氣體的吸收比氣體的吸收比gOHCOg224 4射線平均行程射線平均行程AVCs464傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章q q = =氣體發(fā)射的熱量氣體吸收的熱量氣體發(fā)射的熱量氣體吸收的熱量 )(4wg4ggb4wbg4gbgTTTT外殼為黑體外殼為黑體外殼不為黑體外殼不為黑體)(4wg4ggbw4wbgw4gbgwT

32、TATATA)(4wg4ggbwTTA65傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章v隨著燃料種類與燃燒方式的不同，在爐膛隨著燃料種類與燃燒方式的不同，在爐膛中燃燒生成的火焰可分為三種類型：中燃燒生成的火焰可分為三種類型：不發(fā)光火焰不發(fā)光火焰半發(fā)光火焰半發(fā)光火焰發(fā)光火焰發(fā)光火焰 ,f,f1exp()K s 4b0bf,fdTEb04b1 exp()dK s ET66傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章一一 太陽及太陽常數(shù)太陽及太陽常數(shù)地球上的一切生命過程，以及大多數(shù)的地理過地球上的一切生命過程，以及大多數(shù)的地理過程，基本的能量均來源于太陽輻射。程，基本的能量均來源于太陽輻射。 太陽的表面溫度較高，它發(fā)射出的射線，波長太陽的

33、表面溫度較高，它發(fā)射出的射線，波長相應(yīng)較短，所以人們也稱太陽輻射為短波輻射，相應(yīng)較短，所以人們也稱太陽輻射為短波輻射，以區(qū)別于從地球向外發(fā)射的長波輻射。以區(qū)別于從地球向外發(fā)射的長波輻射。太陽向周圍輻射的能量只有極少部分射向地球。太陽向周圍輻射的能量只有極少部分射向地球。 太陽常數(shù)：太陽常數(shù)：指位于地球的大氣層外，在日地平指位于地球的大氣層外，在日地平均距離上，垂直于太陽射線的均距離上，垂直于太陽射線的1 1平方米面積上，平方米面積上，所接受的太陽輻射能數(shù)值。所接受的太陽輻射能數(shù)值。 1353W/m1353W/m2 267傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章v此值與地理位置或一天中的時間無關(guān)；此值與地理位置

34、或一天中的時間無關(guān)；v由于距離的變化等原因，一年中太陽常數(shù)由于距離的變化等原因，一年中太陽常數(shù)變化在變化在3.4%3.4%；v長期變化幅度超過長期變化幅度超過1%1%時，可能引起地球平時，可能引起地球平均溫度變化均溫度變化1 12K2K。v實際到達(dá)地面在與太陽射線垂直的單位面實際到達(dá)地面在與太陽射線垂直的單位面積上的輻射能，將小于太陽常數(shù)。積上的輻射能，將小于太陽常數(shù)。68傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章v大氣層中的大氣層中的H H2 2O O、COCO2 2、O O3 3、O O2 2對太陽輻射有對太陽輻射有吸收作用，且具有很強(qiáng)的選擇性；吸收作用，且具有很強(qiáng)的選擇性；v太陽輻射在大氣層中遇到空氣分子

35、和微小太陽輻射在大氣層中遇到空氣分子和微小塵埃就會產(chǎn)生散射；（天空呈藍(lán)色的原因）塵埃就會產(chǎn)生散射；（天空呈藍(lán)色的原因）v大氣中的云層和較大的塵粒，對太陽輻射大氣中的云層和較大的塵粒，對太陽輻射起反射作用；起反射作用；v與太陽輻射通過大氣層的行程有關(guān)。與太陽輻射通過大氣層的行程有關(guān)。69傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章v大氣層溫室效應(yīng)大氣層溫室效應(yīng) 大氣層對地面的保溫作用，大氣層能讓大部分大氣層對地面的保溫作用，大氣層能讓大部分太陽輻射投射到地面，而地面輻射中太陽輻射投射到地面，而地面輻射中95%95%以上能量以上能量分布在分布在350350微米，它不能穿透大氣層，這樣就減微米，它不能穿透大氣層，這樣就

36、減少了地面的輻射熱損失。少了地面的輻射熱損失。v大氣的遠(yuǎn)紅外窗口大氣的遠(yuǎn)紅外窗口 在在8 81313微米的波段內(nèi)，大氣層中所含微米的波段內(nèi)，大氣層中所含CO2CO2、H2OH2O的吸收比很小，透射比較大，且此波段正處于的吸收比很小，透射比較大，且此波段正處于地面物體本身輻射遠(yuǎn)紅外區(qū)。地面物體通過這一地面物體本身輻射遠(yuǎn)紅外區(qū)。地面物體通過這一窗口向宇宙空間輻射散熱，達(dá)到一定冷卻效果。窗口向宇宙空間輻射散熱，達(dá)到一定冷卻效果。70傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章v大氣層溫室效應(yīng)大氣層溫室效應(yīng) 大氣層對地面的保溫作用，大氣層能讓大氣層對地面的保溫作用，大氣層能讓大部分太陽輻射投射到地面，而地面輻射大部分太陽

37、輻射投射到地面，而地面輻射中中95%95%以上能量分布在以上能量分布在350350微米，它不能穿微米，它不能穿透大氣層，這樣就減少了地面的輻射熱損透大氣層，這樣就減少了地面的輻射熱損失。失。v玻璃溫室效應(yīng)玻璃溫室效應(yīng) 玻璃對玻璃對3 3微米以上的長波輻射基本不透過，微米以上的長波輻射基本不透過，因此室內(nèi)常溫下物體所輻射的長波射線被因此室內(nèi)常溫下物體所輻射的長波射線被阻隔在室內(nèi)。阻隔在室內(nèi)。71傳熱學(xué)第九章傳熱學(xué)第九章由環(huán)境污染引起的溫室效應(yīng)是指地球表面變熱的現(xiàn)象。由環(huán)境污染引起的溫室效應(yīng)是指地球表面變熱的現(xiàn)象。它會帶來以下列幾種它會帶來以下列幾種嚴(yán)重惡果嚴(yán)重惡果： 1) 1) 地球上的病蟲害增加；地球上的病蟲害增加；2)