輻射換熱的計(jì)算

1、授課題目第八章 輻射換熱的計(jì)算授課類型理論課首次授課時(shí)間 2012 年 8月 27 日學(xué)時(shí)2教學(xué)目標(biāo) 了解傳熱學(xué)的研究對象及其在本專業(yè)中的作用；掌握熱量傳遞三種基本方式的概念、特點(diǎn)及相關(guān)計(jì)算，會(huì)針對傳熱過程的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行討論。重點(diǎn)與難點(diǎn)熱量傳遞的三種基本方式，難點(diǎn)是對熱阻的理解教學(xué)手段與方法講授法教學(xué)過程：（包括授課思路、過程設(shè)計(jì)、講解要點(diǎn)及各部分具體內(nèi)容、時(shí)間分配等）輻射換熱計(jì)算 8-1 熱輻射的基本概念 輻射是熱量傳遞的三種基本方式之一。 教科書的安排方法是分別介紹導(dǎo)熱、對流和輻射，然后再將它們綜合在一起。 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中有大量的輻射問題。鍋爐爐膛主要是輻射傳熱。除了煙氣溫度較低

2、的空氣預(yù)熱器以外， 其余各受熱面的傳熱計(jì)算都要考慮輻射換熱。如鍋爐運(yùn)行時(shí)的汽溫特性、暖氣、太陽能等。1、 熱輻射及其本質(zhì) 輻射：以電磁波傳遞能量的過程。 熱輻射：由于熱的原因而發(fā)生的輻射 輻射是電磁波，它就有一般電磁波的共性，即它是以光速在空間傳播的。有下列關(guān)系成立： 式中：C 速度 f 頻率 波長2、 電磁波譜 電磁波波長從幾萬分之一米到數(shù)千米 微波爐原理 熱輻射的特點(diǎn)1、不依靠物質(zhì)接觸而進(jìn)行熱量傳遞，即不需要介質(zhì)的存在而傳遞能量，在真空中也能傳遞。2、輻射換熱過程伴隨能量形式的轉(zhuǎn)化： 物體熱力學(xué)能-電磁波能-物理熱力學(xué)能3、一切物體，只要溫度大于0K，都會(huì)不停的發(fā)射熱射線，高溫物體輻射給低

3、溫物體的能量大于低溫物體輻射給高溫物體的能量。總之，熱量由高溫傳向低溫。三、熱輻射的吸收、穿透和反射 光輻射大家是熟悉的。當(dāng)一束光投在一物體上后，一部分被吸收，一部分被反射，還有一部分穿過物體。熱輻射也有同樣的性質(zhì)。投射輻射為Q ,如圖，其中： 由熱力學(xué)第一定律： 或則： 固體、液體：當(dāng)輻射能進(jìn)入其表面后，在極短的距離內(nèi)就被吸收完了。 金屬導(dǎo)體，這個(gè)距離只有1微米的量級。大多數(shù)非導(dǎo)電材料，這個(gè)距離小于1毫米。而實(shí)用工程材料都大于這個(gè)數(shù)值，故可以認(rèn)為固體和液體的=0 ，于是： 反射現(xiàn)象也同光一樣，有鏡面反射和漫反射之分， 鏡面反射：入射角=反射角， 表面粗糙度<波長 漫反射： 表面粗糙度&

4、gt;波長氣體：當(dāng)輻射投在氣體上，它幾乎沒有反射能力，故可以認(rèn)為=0 ，于是 固體，液體對輻射的吸收和反射都是在表面上進(jìn)行的，而不涉及其內(nèi)部，故表面的狀況對輻射的影響是至關(guān)重要的。 氣體的輻射和吸收都是在內(nèi)部進(jìn)行的，表面形狀則無關(guān)緊要。4、 理想輻射模型 黑體 理想的反射體，鏡體，白體透明體 黑體不是黑色物體 黑體，鏡體和透明體并不存在。 人工可以制造十分接近黑體(內(nèi)表面6%的 小孔，0.996)的模型。 黑體如同不可壓流體、可逆循環(huán)等一樣，是一種理想化的研究方法。 8-2 黑體輻射基本定律1、 基本概念1. 輻射力 ： 單位時(shí)間內(nèi)物體的單位表面積向上半球空間所有方向發(fā)射出去的全部波長的輻射能

5、量 (W/m2) 。半球空間： dA輻射是向著它的上方各個(gè)方向的。如在上方做個(gè)半球，則dA發(fā)出的輻射能全部要通過這個(gè)半球空間，所以我們稱dA以上的空間為半球空間。2. 光譜輻射力 單位面積輻射體在單位時(shí)間內(nèi)向半球空間發(fā)射的波長為(+d區(qū)間)的能量。 如圖： 為曲線下總面積 二：黑體輻射的基本定律 黑體輻射的理論是建立在如下幾個(gè)基本定律基礎(chǔ)上的，即： 普朗克定律(1900) 維恩位移定律；(1893熱力 學(xué)理論得出） 斯忒藩-波爾茲曼定律（1879實(shí)驗(yàn)，1884熱力學(xué)理論） 基爾霍夫定律1. 普朗克定律 黑體的輻射實(shí)驗(yàn) 前人的工作 紫外災(zāi)變 Planks Law ： 式中Eb- 光譜輻射力,W/

6、m3 ； - 波長,m； T - 黑體熱力學(xué)溫度,K； e - 自然對數(shù)的底； c1 - 第一輻射常量, 3.742×10-16 W ·m2； c2 - 第二輻射常量, 1.438× 10-2m ·K。Planck認(rèn)為黑體以hv為能量單位，不斷發(fā)射和吸收頻率為 v的輻射， hv稱為能量子2. 維恩位移定律 由Planck定律知 E=f(,T )如圖，E有最大值； 隨著T 增大l max向左移動(dòng)1893熱力學(xué)理論得出，由Planks Law對l 求導(dǎo)，并令 光譜輻射力曲線下的面積是該溫度下黑體的輻射力例題8-1 試分別計(jì)算溫度為2000K和5800K的黑體

7、的最大單色輻射力所對應(yīng)的波長。解： 應(yīng)用Wien位移定律 T=2000K 時(shí) l max=2.9´10-3/2000=1.45 mm T=5800K 時(shí) l max=2.9´10-3/5800=0.50 mm 常見物體最大輻射力對應(yīng)的波長在紅外線區(qū) 太陽輻射最大輻射力對應(yīng)的波長在可見光區(qū) 如不是黑體，則不完全遵守這個(gè)定律，但其變化方向是相同的，例如金屬（鋼錠）： 當(dāng)T<500ºC時(shí)，沒有可見光，顏色不變；T 增大，其顏色分別為暗紅、鮮紅、桔黃和白色。（P365）3. 斯忒藩-玻耳茲曼定律1879年Stefan實(shí)驗(yàn)，1884年 Boltzman熱力學(xué)理論將Pl

8、anks Law積分即得： 式中：s 為黑體輻射常數(shù)，其值為5.67´10-8W/( m2·K4)。為計(jì)算高溫輻射的方便，可改寫為： 式中，C0為黑體輻射系數(shù)，5.67W/(m2·K4)。 在實(shí)際中，有時(shí)需求出某一特定波長的輻射能量。由Planck定律, 黑體在波長至區(qū)段所發(fā)射出的輻射能為： 即右圖中的在l 1 和l 2 之間的 線下面積。通常用 同溫度下的百分?jǐn)?shù)表示， 式中，F(xiàn)b（0- l1）、 Fb（0- l2）分別為波長從0至l1和0至l2的黑體輻射占同溫度下黑體輻射力的百分?jǐn)?shù)。能量份額Fb（0- l）可以表示為單一變量l T 的函數(shù)，即 f( T)稱為黑體

9、輻射函數(shù) 已知能量份額后，在給定的波段區(qū)間，單位時(shí)間內(nèi)黑體單位面積所輻射的能量可方便地由下式算出：（表8-1） 例題 8-3 試分別計(jì)算溫度為1000K、1400K、3000K、6000K時(shí)可見光和紅外輻射在黑體總輻射中所占的份額。輻射與顏色的關(guān)系： 夏天穿白色衣服涼快，因?yàn)槲覀兾盏氖翘栞椛?0.2-2 mm)可見光占比例很大。 地球上物體的輻射不同，因溫度低（2000K）以下，多與顏色無關(guān)。四、基爾霍夫定律物體=黑體大空腔（熱平衡） 任何物體的輻射力與它對來自同溫度黑體輻射的吸收比的比值，與物性無關(guān)而僅取決于溫度，恒等于同溫度下黑體的輻射力。 物體的輻射力越大，吸收比也越大。即善于輻射也

10、善于吸收?；殷w的基爾霍夫定律 灰體：單色吸收比不隨波長變化的物體，也是一種理想物體。 灰體的輻射力與同溫度下自身的吸收比的比值與物性無關(guān)，恒等于同溫度黑體的輻射力。 灰體的吸收比在數(shù)值上等于灰體在同溫度下的發(fā)射率。 研究物體與太陽輻射的相互作用不能把物體當(dāng)做灰體。蘭貝特定律余弦定律： 黑體單位面積輻射出去的能量在空間不同方向分布是不均勻的，在垂直于該表面的方向最大，而與表面平行的方向?yàn)? 描述漫射表面定向輻射強(qiáng)度按空間立體角的分布。定向輻射強(qiáng)度： 單位時(shí)間內(nèi)單位可見輻射面積向某一方向單位立體角內(nèi)發(fā)射的輻射能 黑體的定向輻射強(qiáng)度是個(gè)常量，與空間方向無關(guān)。固體和液體的輻射特性 實(shí)際物體的輻射力：

11、發(fā)射率與物質(zhì)種類、表面溫度、表面狀況有關(guān)。即：發(fā)射率只與發(fā)射輻射的物體有關(guān)，與外界條件無關(guān)。實(shí)際物體的光譜輻射力 實(shí)際物體的光譜輻射力隨波長作不規(guī)則的變化。光譜發(fā)射率發(fā)射率實(shí)際物體的定向輻射強(qiáng)度：不同方向上變化常用材料發(fā)射率表8-2 實(shí)際物體的吸收 光譜吸收比：物體吸收某一特定波長輻射能的百分?jǐn)?shù)。 吸收選擇性：光譜吸收比隨波長變化 實(shí)際物體的吸收比：吸收物體本身的情況、投入輻射的特性有關(guān) 溫室效應(yīng) 焊接工人太陽與環(huán)境輻射 8-2 角系數(shù)兩個(gè)表面之間的輻射換熱量與兩個(gè)表面之間的相對位置有很大關(guān)系a圖中兩表面無限接近，相互間的換熱量最大；b途中兩表面位于同一平面上，相互間的輻射換熱量為零。由圖可以

12、看出，兩個(gè)表面間的相對位置不同時(shí)，一個(gè)表面發(fā)出而落到另一個(gè)表面上的輻射能的百分?jǐn)?shù)隨之而異，從而影響到換熱量。一：角系數(shù)的定義 角系數(shù)是進(jìn)行輻射換熱計(jì)算時(shí)空間熱組的主要組成部分。 定義：把表面1發(fā)出的輻射能中落到表面2上的百分?jǐn)?shù)稱為表面1對表面2的角系數(shù)，記為X1,2. 同理，表面2發(fā)出的輻射能中落到表面1上的百分?jǐn)?shù)稱為表面2對表面1的角系數(shù)，記為X2,1.二：角系數(shù)的性質(zhì) 研究角系數(shù)的性質(zhì)是用代數(shù)法（代數(shù)分析法）求解角系數(shù)的前提： 假定：（1）所研究的表面是漫射的 （2）在所研究表面的的不同地點(diǎn)上向外發(fā)射的輻射熱流密度是均勻的1、 角系數(shù)的相對性 （1）一個(gè)微元表面到另一個(gè)微元表面的角系數(shù) （

13、1）同理： （2）整理（1）、（2）得 （3） 圖8-2 兩微元面間的輻射兩微元表面角系數(shù)的相對性表達(dá)式： （2）兩個(gè)有限大小表面之間角系數(shù)的相對性 當(dāng)T1=T2時(shí)，凈輻射換熱為零，即Eb1=Eb2 ,則有限大小表面間角系數(shù)的相對性的表達(dá)式： (4)2、 角系數(shù)的完整性對于由幾個(gè)表面組成的封閉系統(tǒng)，據(jù)能量守衡原理，從任何一個(gè)表面發(fā)射出的輻射能必全部落到封閉系統(tǒng)的個(gè)表面上。因此，任何一個(gè)表面對封閉腔各表面的角系數(shù)之間存在下列關(guān)系： （5） 上式稱為角系數(shù)的完整性圖8-3 角系數(shù)的完整性注：若表面1為非凹表面時(shí)X1,1 = 0；若表面1為凹表面，3、角系數(shù)的可加性 如圖8-4所示從表面1上發(fā)出而落

14、到表面2上的總能量，等于落到表面2上各部分的輻射能之和，于是有 把表面2進(jìn)一步分成若干小塊，則有 （6）圖8-4 角系數(shù)的可加性 注意，利用角系數(shù)可加性時(shí)，只有對角系數(shù)符號(hào)中第二個(gè)角碼是可加的，對角系數(shù)符號(hào)中的第一個(gè)角碼則不存在類似的關(guān)系。 從表面2上發(fā)出而落到表面1上的輻射能，等于從表面2的各部分發(fā)出而落到表面1上的輻射能之和，于是有 （7） （8）角系數(shù)的上述特征可以用來求解許多情況下兩表面間的角系數(shù)值。三、角系數(shù)的計(jì)算方法 直接積分法求解角系數(shù)的方法 代數(shù)積分法 幾何分析法1、 直接積分法 按角系數(shù)的基本定義通過求解多重積分而獲得角系數(shù)的方法 如圖所示的兩個(gè)有限大小的面積，可以得到 微元

15、面積dA1 對A2 的角系數(shù)為 上式積分得到 即 2、代數(shù)分析法 利用角系數(shù)的相對性、完整性及可加性，通過求解代數(shù)方程而獲得角系數(shù)的方法稱為代數(shù)分析法。(1)三個(gè)非凹表面組成的封閉系統(tǒng) 由角系數(shù)完整性 由角系數(shù)相對性 上述方程解得： 由于垂直紙面方向的長度相同，則有： 2)任意兩個(gè)非凹表面間的角系數(shù) 如圖所示表面和假定在垂直于紙面的方向上表面的長度是無限延伸的 ，只有封閉系統(tǒng)才能應(yīng)用角系數(shù)的完整性，為此作輔助線ac和bd，與ab、cd一起構(gòu)成封閉腔。圖8-6 兩個(gè)非凹表面及假想面組成的封閉系統(tǒng)根據(jù)角系數(shù)的完整性 上述方法又被稱為交叉線法。注意：這里所謂的交叉線和不交叉線都是指虛擬面斷面的線，或

16、者說是輔助線。例題8-1，求下列圖形中的角系數(shù)解：解：解：解：例題8-2 ：求圖中1、4兩個(gè)表面之間的角系數(shù)注：利用這樣的分析方法，擴(kuò)大線圖的使用，可以得出很多幾何結(jié)構(gòu)簡單的角系數(shù) 8-2 被透明介質(zhì)隔開的兩固體表面間的輻射換熱1、 兩黑體表面組成的封閉腔間的輻射換熱計(jì)算 如圖8-7所示，黑表面1和2之間的輻射換熱量為圖8-7 黑體系統(tǒng)的輻射換熱2、 兩漫灰表面組成的封閉系統(tǒng)的輻射換熱計(jì)算 1、有效輻射 （1）投入輻射：單位時(shí)間內(nèi)投射到單位面積上的總輻射能，記為G。 （2）有效輻射：單位時(shí)間內(nèi)離開單位面積的總輻射能為該表面的有效輻射，記為J。表面的反射比，可表示成有效輻射包括自身射輻射E投入輻

17、射 被反射輻射的部分 圖8-8 有效輻射示意圖 考察表面溫度均勻、表面輻射特性為常數(shù)的表面1（如圖8-8所示）。根據(jù)有效輻射的定義，表面1的有效輻射有如下表達(dá)式：在表面外能感受到的表面輻射就是有效輻射，它也是用輻射探測儀能測量到的單位表面積上的輻射功率 W/m2。從表面1外部來觀察，其能量收支差額應(yīng)等于有效輻射 與投入輻射 之差，即 從表面內(nèi)部觀察，該表面與外界的輻射換熱量應(yīng)為：上兩式聯(lián)立，消去G1，得到J與表面凈輻射換熱量之間的關(guān)系: 注意：式中的各個(gè)量均是對同一表面而言的，而且以向外界的凈放熱量為正值。 （b） 空間輻射熱阻（a） 表面輻射熱阻2、兩灰表面組成的封閉腔的輻射換熱 圖8-9

18、兩個(gè)物體組成的輻射換熱系統(tǒng)(a) 下面來分析兩個(gè)等溫漫灰表面封閉系統(tǒng)內(nèi)的輻射換熱情況。如圖8-9所示，兩個(gè)表面的凈換熱量為(b) (c)(d)根據(jù)下式及能量守恒有將 (b)、(c)、(d)代入(a)得 圖8-10 兩封閉表面間的輻射換熱網(wǎng)絡(luò)圖若以 A1 為計(jì)算面積，上式可改寫為： 定義系統(tǒng)黑度(或稱為系統(tǒng)發(fā)射率)三種特殊情形(1) 表面1為凸面或平面，此時(shí)，X1,21，于是(2) 表面積A1比表面積A2小得多，即A1/A2 0 于是 (3) 表面積A1與表面積A2相當(dāng)，即A1/A2 ® 1 于是 討論練習(xí)：某房間吊裝一水銀溫度計(jì)讀數(shù)為15，已知溫度計(jì)頭部發(fā)射率（黑度）為0.9，頭部與

19、室內(nèi)空氣間的對流換熱系數(shù)為20，墻表面溫度為10，求該溫度計(jì)的測量誤差。如何減小測量誤差？解：已知 8-3 多表面系統(tǒng)輻射換熱的計(jì)算1. 勢差與熱阻 據(jù)有效輻射的計(jì)算式或（8-18） 兩表面封閉系統(tǒng)輻射換熱等效網(wǎng)絡(luò)圖這種把輻射熱阻比擬成等效的電阻從而通過等校的網(wǎng)絡(luò)圖來求解輻射換熱的方法成為輻射換熱的網(wǎng)絡(luò)法。應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)法求解多表面封閉系統(tǒng)輻射換熱問題的步驟：（1）畫出等效的網(wǎng)絡(luò)圖。（2）列出節(jié)點(diǎn)的電流方程（3）求解上述代數(shù)方程得出節(jié)點(diǎn)電勢。（4）按公式 確定每一個(gè)表面的凈輻射換熱量。2. 網(wǎng)絡(luò)法的應(yīng)用舉例 以圖（a）所示的三表面的輻射換熱問題為例畫出圖（b）的等效網(wǎng)絡(luò)圖(a)由三個(gè)表面組成的封閉系

20、統(tǒng)(b)三表面封閉腔的等效網(wǎng)絡(luò)圖3. 兩個(gè)重要特例 a 有一個(gè)表面為黑體。黑體的表面熱阻為零。其網(wǎng)絡(luò)圖見圖8-14a。 b 有一個(gè)表面絕熱，即該表面的凈換熱量為零。其網(wǎng)絡(luò)圖見圖8-14b 和8-14c， 三表面系統(tǒng)的兩個(gè)特例 8-4 輻射換熱的強(qiáng)化與削弱 強(qiáng)化輻射換熱的主要途徑有兩種： （1）增加發(fā)射率； （2）增加角系數(shù)。 削弱輻射換熱的主要途徑有三種： （1）降低發(fā)射率； (2)降低角系數(shù)； (3)加入遮熱板。 所謂遮熱板，是指插入兩個(gè)輻射換熱表面之間以削弱輻射換熱的薄板，其實(shí)插入遮熱板相當(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。 為了說明遮熱板的工作原理，我們來分析在平行

21、平板之間插入一塊薄金屬板所引起的輻射換熱的變化: 輻射表面和金屬板的溫度、吸收比如圖所示。為討論方便，設(shè)平板和金屬薄板都是灰體，并且 穩(wěn)態(tài)時(shí)有 可見，與沒有遮熱板時(shí)相比，輻射換熱量減小了一半。 即：加入一塊玉壁面黑度相同的遮熱薄板后，壁面輻射換熱量減半；當(dāng)加入n塊與壁面黑度相同的遮熱薄板后，壁面輻射換熱量減小到原來的1/（n+1)。 8-5 氣體輻射 本節(jié)將簡要介紹氣體輻射的特點(diǎn)、換熱過程及其處理方法。在工程中常見的溫度范圍內(nèi)，和和具有很強(qiáng)的吸收和發(fā)射熱輻射的本領(lǐng)，而其他的氣體則較弱，這也是本節(jié)采用這兩種氣體作為例子的原因。 1 氣體輻射的特點(diǎn) (1) 氣體輻射對波長具有選擇性。它只在某譜帶內(nèi)

22、具有發(fā)射和吸收輻射的本領(lǐng)，而對于其他譜帶則呈現(xiàn)透明狀態(tài)。如圖8-16所示。(2) 氣體的輻射和吸收是在整個(gè)容積中進(jìn)行的，因而，氣體的發(fā)射率和吸收比還與容器的形狀和容積大小有關(guān)。 和的主要吸收譜帶 光譜輻射穿過氣體層時(shí)的衰減2 氣體輻射的衰減規(guī)律 當(dāng)熱輻射進(jìn)入吸收性氣體層時(shí)，因沿途被氣體吸收而衰減。為了考察輻射在氣體內(nèi)的衰減規(guī)律，如圖8-17所示，我們假設(shè)投射到氣體界面 x = 0 處的光譜輻射強(qiáng)度為，通過一段距離x后，該輻射變?yōu)?。再通過微元?dú)怏w層 dx 后，其衰減量為。 理論上已經(jīng)證明，與行程 dx 成正比，設(shè)比例系數(shù)為 ，則有。 式中，負(fù)號(hào)表示吸收，為光譜衰減系數(shù)，m-1，它取決于其體的種類

23、、密度和波長。對上式進(jìn)行積分可得即Beer 定律 式中，s 是輻射通過的路程長度，常稱之為射線程長。從上式可知，熱輻射在氣體內(nèi)呈指數(shù)規(guī)律衰減。 3 氣體輻射的光譜吸收比、光譜發(fā)射率 Beer公式可以寫為光譜穿透比對于氣體，反射率為零，于是有 根據(jù)Kirchhoff定律，光譜發(fā)射率為 4 氣體的發(fā)射率 1）確定氣體的發(fā)射率 2）利用計(jì)算氣體的發(fā)射輻射。與射線程長關(guān)s系密切，而s取決于氣體容積的形狀和尺寸。如圖8-18所示。 3）為了使射線程長均勻，人們引入了當(dāng)量半球的概念，其半徑就是等效的射線程長，見圖8-19所示。 典型幾何容積的氣體對整個(gè)包壁的平均射線程長列于表8-1中。 在缺少資料的情況下

24、，任意幾個(gè)形狀氣體對整個(gè)包壁的平均射線程長可按下式計(jì)算： 式中，V為氣體容積，m3；A為包壁面積，m2。 圖8-18 氣體對不同地區(qū)的輻射 圖8-19 半球內(nèi)氣體對球心的輻射 除了與s有關(guān)外，還與氣體的溫度和氣體得分壓力有關(guān)，于是我們有如下關(guān)系 利用上面的關(guān)系，可以采用試驗(yàn)獲得，圖8-20給出了時(shí)的水蒸氣發(fā)射率的圖線。圖8-21則是其修正系數(shù)。 水蒸氣的發(fā)射率為 對應(yīng)于的圖分別是8-22和圖8-23。于是。 圖8-20 圖8-21 修正系數(shù) 圖8-22 圖8-23 修正系數(shù) 5 氣體的吸收比 式中修正系數(shù) 和 與發(fā)射率公式中的處理方法相同，而， 和 的確定可以采用下面的經(jīng)驗(yàn)公式。 在其體發(fā)射率

25、和吸收比確定后，氣體與黑體外殼之間的輻射換熱公式為: 概念匯總: 1.角系數(shù)：表面1發(fā)出的輻射能落到表面2上的份額稱為表面1對表面2的角系數(shù)。記為：X1，2。 2.空間輻射熱阻： 3.對于性質(zhì)均勻且服從蘭貝特定律的表面，其角系數(shù)是純幾何因子。 4.角系數(shù)的相對性：A1X1，2=A2X2，1 5.角系數(shù)的完整性：。（對于封閉系統(tǒng)的n個(gè)表面） 6.角系數(shù)的可加性： X1，2+3=X1，2+X1，3 ； 思考題和典型習(xí)題分析 :1. 試述角系數(shù)的定義?！敖窍禂?shù)是一個(gè)純幾何因子”的結(jié)論是在什么前提下得出的？ 答：表面1發(fā)出的輻射能落到表面2上的份額稱為表面1對表面2的角系數(shù)?！敖窍禂?shù)是一個(gè)純幾何因子”

26、的結(jié)論是在物體表面性質(zhì)及表面溫度均勻、物體輻射服從蘭貝特定律的前提下得出的。2. 角系數(shù)有哪些特性？這些特性的物理背景是什么？ 答：角系數(shù)有相對性，完整性和可加性。相對性是在兩物體處于熱平衡時(shí)，凈輻射換熱量為零的條件下導(dǎo)得的；完整性反映了一個(gè)由幾個(gè)表面組成的封閉系統(tǒng)中，任一表面所發(fā)生的輻射能必全部落到封閉系統(tǒng)的各個(gè)表面上；可加性是說明從表面1發(fā)出而落到表面2上的總能量等于落到表面2上各部份的輻射能之和。3. 為什么計(jì)算一個(gè)表面與外界之間的凈輻射換熱量時(shí)要采用封閉腔的模型？ 答：因?yàn)槿我槐砻媾c外界的輻射換熱包括了該表面向空間各個(gè)方向發(fā)出的輻射能和從各個(gè)方向投入到該表面上的輻射能。4. 實(shí)際表面系

27、統(tǒng)與黑體系統(tǒng)相比，輻射換熱計(jì)算增加了哪些復(fù)雜性？ 答：實(shí)際表面系統(tǒng)的輻射換熱存在表面間的多次重復(fù)反射和吸收，光譜輻射力不服從普朗克定律，光譜吸收比與波長有關(guān)，輻射能在空間的分布不服從蘭貝特定律，這都給輻射換熱計(jì)算帶來了復(fù)雜性。5. 什么是一個(gè)表面的自身輻射、投入輻射及有效輻射？有效輻射的引入對于灰體表面系統(tǒng)輻射換熱的計(jì)算有什么作用？ 答：由物體內(nèi)能轉(zhuǎn)變成的輻射能叫做自身輻射，投向輻射表面的輻射叫做投入輻射，離開輻射表面的輻射叫做有效輻射，有效輻射概念的引入可以避免計(jì)算輻射換熱計(jì)算時(shí)出現(xiàn)多次吸收和反射的復(fù)雜性。6. 對于溫度已知的多表面系統(tǒng)，試總結(jié)求解每一表面凈輻射換熱量的基本步驟。 答：（1）畫出輻射網(wǎng)絡(luò)圖，寫出端點(diǎn)輻射力，表面熱阻和空間熱阻。（2）寫出由中間節(jié)點(diǎn)方程組成的方程組。（3）解方程組得到各點(diǎn)有效輻射。（4）由端點(diǎn)輻射力，有效輻射和表面熱阻計(jì)算各表面凈輻射換熱量。7. 什么是輻射表面熱阻、什么是輻射空間熱阻？網(wǎng)絡(luò)法的實(shí)際作用你是怎樣認(rèn)識(shí)的？ 答：由輻射表面特性引起的熱阻稱為輻射表面熱阻，由輻射表面形狀和空間位置引起的熱阻稱為輻射空間熱阻，網(wǎng)絡(luò)