東南大學傳熱學課件：第八章 第二節(jié) 被透明介質隔開的兩固體表面間的輻射換熱

1、第二節(jié) 被透明介質隔開的被透明介質隔開的兩固體表面間的輻射換熱兩固體表面間的輻射換熱 在熱量傳遞的三種基本方式中，導熱與對流都發(fā)生在直接接觸的物體之間，而輻射換熱則可以發(fā)生在兩個被真空或透熱介質隔開的表面之間。 這里的透熱介質是指不參與熱輻射的介質，例如空氣。 本章所討論的固體表面間的輻射換熱是指表面之間不存在參與熱輻射介質的情形?；蛘邊⑴c換熱的表面被透熱介質隔開。計算輻射換熱應注意的問題 熱輻射是物體以電磁波方式向外傳遞能量的過程，在計算任何一個表面與外界之間的輻射換熱時，必須把由該表面向空間各個方向發(fā)射出去的輻射能都考慮在內(nèi)，也必須把由空間各個方向投入到該表面上的輻射能也包括進去。為了保證

2、這一點，計算的對象必須是包含所研究表面在內(nèi)的一個封閉腔封閉腔。這個輻射換熱封閉腔的表面可以全部是物理上真是的，也可以是部分虛構的。最簡單的封閉腔就是兩塊無限接近的平行平板。本節(jié)只討論由兩個表面組成的封閉系統(tǒng)，重點是灰體表面間輻射換熱的計算方法，多表面系統(tǒng)則留待下節(jié)討論。 兩個黑表面間的輻射換熱 如圖所示，兩個黑表面在垂直紙面方向是無限長的。這種只有兩個物體間的輻射換熱系統(tǒng)簡稱為二維系統(tǒng)。此時兩物體間的輻射換熱量用下面的公式計算 42412, 11211 , 22212, 111 , 2222, 1112, 1TTXAEEXAEEXAXEAXEAbbbbbb對計算公式的說明 上式說明，黑體間的輻

3、射換熱除了和參與換熱的兩個表面的溫度有關，還與兩個表面間的相對位置有關，即與角系數(shù)有關。 當兩個表面相互平行且靠得很近時，或者一個物體包圍另一個物體時，這時，一個表面發(fā)射的能量可以全部落到另一個表面上，此時兩個表面間的輻射換熱量為最大。 對于二維系統(tǒng)的輻射，兩個物體間的輻射換熱量也等于高溫物體失去的熱量或低溫物體得到的熱量。兩個灰表面間的輻射換熱 灰體不同于黑體，灰體間的輻射換熱要比黑體復雜得多，這是因為： （1）灰體表面的吸收比小于1，因此投入到灰體表面上的輻射能不能被全部吸收，要經(jīng)過多次的反射； （2）灰體表面向外發(fā)射的輻射能不僅包含自身的輻射力，同時還包含被反射的輻射能。 因此，這就給計

4、算帶來了不少復雜性。為避免在計算輻射換熱時出現(xiàn)多次吸收及反射的復雜性，在介紹灰體輻射換熱之前，先來介紹兩個概念。 兩個概念 投入輻射：單位時間內(nèi)投射到表面的單位面積上的總輻射能稱為投入輻射，用符號G表示，其單位是 ； 有效輻射：單位時間內(nèi)離開表面單位面積的總輻射能稱為該表面的有效輻射，用符號J表示，其單位是 。 2W/m2W/mJGA有效輻射的計算 對一個表面而言，其有效輻射不僅包含該表面的自身輻射力，而且包含投入輻射被反射的部分。 有效輻射就是在表面外可以感受到的總輻射能，所以它是可以用輻射探測儀測量到的灰體表面的總輻射能。 111111111GEGEJb灰體表面凈輻射換熱量的計算 從表面的

5、外部來觀察，該換熱量就等于其有效輻射與投入輻射之差，即 從表面內(nèi)部觀察，該換熱量就等于其自身輻射力與吸收輻射之差，即 從上面兩式中消去投入輻射，即可得到有效輻射與表面凈輻射換熱量之間的關系為 JGAGJqGEqqEqEJb11111JEqb兩個灰表面間輻射換熱量的計算 對于由兩個灰表面組成的封閉輻射系統(tǒng)，其輻射換熱量為 212, 111 , 2222, 1112, 1JJXAXJAXJA11111111bEAJA22222211bEAJA2222, 11111212, 1111AXAAEEbb 若用 作為計算面積，則上式可以改寫為 212, 1122212, 1112112, 1111bbsbbEEXAAAXEEA1A111111121 , 212, 1XXs系統(tǒng)發(fā)射率說明由灰體組成的輻射系統(tǒng)在同樣條件下比黑體輻射系統(tǒng)的輻射換熱量要小。幾種特例 兩換熱物體均為黑體 121212, 111 , 2222, 1112, 1bbbbEEXAXEAXEA幾種特例 表面1為平面或凸表面 12, 1X11122112112, 1AAEEAbb幾種特例 兩表面的面積近似相等 21AA 2, 1212112, 11211XEEAbb幾種特例 表面2的面積大于大于表面1 0/,2112AAAA2, 112112, 1111