第4章輻射換熱-2

1、熱工學熱工學1 16-56-5 黑體表面間的輻射換熱黑體表面間的輻射換熱如圖，垂直于紙面方向無限長如圖，垂直于紙面方向無限長假定出去為假定出去為 “ + ”1 , 2222, 1112, 1XEAXEAbb211 , 22212, 11bbbbEEXAEEXA關鍵！關鍵！透熱介質透熱介質 封閉腔封閉腔熱工學熱工學2 2abcd1242412, 11212, 112, 1TTXAEEXAbb 舉例舉例acadcabcadcXXX,2, 11,adcacXadcacacadcAAX,熱工學熱工學3 36-66-6 灰體表面間的輻射換熱灰體表面間的輻射換熱1 211T22T以表面以表面1 1為研究對

2、象為研究對象 投入到表面投入到表面1 1上的輻射能上的輻射能 從表面從表面1 1上出去的輻射能上出去的輻射能1 1 投入輻射投入輻射 G 單位時間內從外界投射到表面的單單位時間內從外界投射到表面的單位表面積上的總輻射能位表面積上的總輻射能 單位：單位：W/m2熱工學熱工學4 42 2 有效輻射有效輻射 J 單位時間內離開表面的單位表面積單位時間內離開表面的單位表面積上的總輻射能上的總輻射能 單位：單位：W/m21 , 2222, 1112, 1XJAXJA關鍵！關鍵！熱工學熱工學5 511111GEqbb1(1)JEq11111111(1)bJEGEG3 3 有效輻射與表面凈輻射換熱量之間的關

3、系有效輻射與表面凈輻射換熱量之間的關系1 ,2222,1112,1XJAXJA111GJq外外內內假定出去為假定出去為 “ + ”熱工學熱工學6 6qEJb)11(4 4 兩漫灰表面組成的封閉腔兩漫灰表面組成的封閉腔1 , 2222, 1112, 1XJAXJA 一般情形一般情形1 , 22, 1221 , 2112, 1qAqA熱工學熱工學7 72222,11111212,1111AXAAEEbb2, 1121212, 112, 11XAEEEEXAbbbb熱工學熱工學8 8定義系統(tǒng)黑度定義系統(tǒng)黑度( (或稱為系統(tǒng)發(fā)射率或稱為系統(tǒng)發(fā)射率) )11111121 ,212,1XXs1 , 222

4、, 11212, 112, 111111)(XXEEXAbb)(212, 112, 1bbsEEXA2222,11111212,1111AXAAEEbb熱工學熱工學9 91,22,112111111sXX表面表面1為凸面為凸面或平面或平面11112211AAs 幾種特殊情形幾種特殊情形熱工學熱工學10 101111112212, 112, 1AAXXs表面積表面積A1與表與表面積面積A2相當且相當且無限靠近無限靠近111121s熱工學熱工學11 111111112212, 112, 1AAXXs表面積表面積A2比表面比表面積積A1大很多且表大很多且表面面1為非凹表面為非凹表面1s高溫管道高溫管

5、道熱電偶測溫的輻射誤差熱電偶測溫的輻射誤差不需要知道包殼物體不需要知道包殼物體2 2的面積的面積A2和它的發(fā)射率和它的發(fā)射率熱工學熱工學12 126-7 6-7 多表面系統(tǒng)輻射換熱的計算多表面系統(tǒng)輻射換熱的計算 兩表面系統(tǒng)：一個表面的凈輻射換熱量等兩表面系統(tǒng)：一個表面的凈輻射換熱量等于其與另一個表面的換熱量于其與另一個表面的換熱量 多表面系統(tǒng)：一個表面的凈輻射換熱量等多表面系統(tǒng)：一個表面的凈輻射換熱量等于其與其它表面的換熱量之和于其與其它表面的換熱量之和 前提：被透熱介質隔開前提：被透熱介質隔開 方法方法：（輻射）：（輻射）網(wǎng)絡法網(wǎng)絡法熱工學熱工學13 13一一 兩表面封閉系統(tǒng)的輻射網(wǎng)絡兩表面

6、封閉系統(tǒng)的輻射網(wǎng)絡2222, 11111211 , 2222, 1112, 1111AXAAEEXJAXJAbb2, 1121212, 112, 11XAEEEEXAbbbb熱工學熱工學14 141 1 表面輻射熱阻和空間輻射熱阻表面輻射熱阻和空間輻射熱阻qEJb)11(1JEqbAJEb12, 1121212, 112, 11XAJJJJXA熱工學熱工學15 15AJEb12, 11212, 11XAJJ 把這兩個式子與電學中的歐姆定律比較：把這兩個式子與電學中的歐姆定律比較： 相當于電流強度，是過相當于電流強度，是過程中傳遞的量程中傳遞的量 （Eb-J）、（）、（J1J2）相當）相當于電壓

7、，是過程進行的驅于電壓，是過程進行的驅動力；動力；Eb相當于源電勢、相當于源電勢、J相當于節(jié)點電勢相當于節(jié)點電勢 、 相當于相當于 電阻電阻A12, 111XA熱工學熱工學16 16AJEb12, 11212, 11XAJJ熱工學熱工學17 172 2 兩漫灰表面封閉系統(tǒng)輻射網(wǎng)絡圖兩漫灰表面封閉系統(tǒng)輻射網(wǎng)絡圖2222, 11111212, 1111AXAAEEbb熱工學熱工學18 18 要求：要求：(1)節(jié)點的概念；節(jié)點的概念；(2)表面熱阻，空間表面熱阻，空間熱阻；熱阻；(3)畫電路圖的一些基本知識。畫電路圖的一些基本知識。3 3 輻射換熱的網(wǎng)絡法輻射換熱的網(wǎng)絡法 把輻射熱阻比擬成等效的電阻

8、從而通過等把輻射熱阻比擬成等效的電阻從而通過等效網(wǎng)絡圖來求解輻射換熱的方法效網(wǎng)絡圖來求解輻射換熱的方法熱工學熱工學19 19二二 多表面封閉系統(tǒng)的輻射網(wǎng)絡多表面封閉系統(tǒng)的輻射網(wǎng)絡1 1 基本思路基本思路 通過等效網(wǎng)絡圖來獲得通過等效網(wǎng)絡圖來獲得有效輻射有效輻射，從而，從而計算輻射換熱計算輻射換熱 表面凈輻射換熱量表面凈輻射換熱量 兩表面之間的輻射換熱量兩表面之間的輻射換熱量AJEb12, 11212, 11XAJJ熱工學熱工學2020 每一個參與輻射換熱的表面：每一個參與輻射換熱的表面： 源電勢（同溫度下黑體輻射力）、電阻源電勢（同溫度下黑體輻射力）、電阻（表面輻射熱阻）、節(jié)點電勢（該表面（表

9、面輻射熱阻）、節(jié)點電勢（該表面的有效輻射）。的有效輻射）。 任意兩個表面之間：任意兩個表面之間： 通過空間輻射熱阻連接起來通過空間輻射熱阻連接起來2 2 建立等效網(wǎng)絡圖的步驟建立等效網(wǎng)絡圖的步驟熱工學熱工學21 21熱工學熱工學22223 3 節(jié)點電流方程節(jié)點電流方程01113, 11132, 111211111XAJJXAJJAJEb節(jié)點節(jié)點1 101113,22232, 112122222XAJJXAJJAJEb01113,22323, 113133333XAJJXAJJAJEb節(jié)點節(jié)點2 2節(jié)點節(jié)點3 3熱工學熱工學23234 4 求解及結果求解及結果 求解上述方程，得到求解上述方程，得

10、到 Ji 某一表面的凈輻射換熱量某一表面的凈輻射換熱量 任意兩表面間的輻射換熱量任意兩表面間的輻射換熱量AJEb12, 11212, 11XAJJ熱工學熱工學2424三三 幾點說明幾點說明 表面數(shù)目的確定應該以表面數(shù)目的確定應該以熱邊界條件熱邊界條件為依據(jù)，為依據(jù)，而不是根據(jù)而不是根據(jù)幾何形狀幾何形狀而定；而定；頂頂 棚棚1門門 窗窗 墻墻2地地 板板4其余側墻其余側墻3熱工學熱工學2525 封閉系統(tǒng)中某一表面可能是虛構的； 環(huán)境常?？梢宰鳛橐粋€虛構表面，且常常認為是黑體A10熱工學熱工學2626由于工程上的需求，經(jīng)常需要強化或削弱輻射由于工程上的需求，經(jīng)常需要強化或削弱輻射換熱。換熱。6-8

11、 6-8 輻射換熱的強化與削弱輻射換熱的強化與削弱一一 措施或方法措施或方法1 1 改變換熱表面的發(fā)射率或吸收比改變換熱表面的發(fā)射率或吸收比 改變表面輻射熱阻改變表面輻射熱阻熱工學熱工學2727（1）保溫瓶膽鍍銀）保溫瓶膽鍍銀（2 2）戶外變壓器涂淺色油漆）戶外變壓器涂淺色油漆（3 3）空調室外機的顏色）空調室外機的顏色（4 4）夏季冬季服飾顏色）夏季冬季服飾顏色 改變表面發(fā)射率首先應改變對輻射換熱影改變表面發(fā)射率首先應改變對輻射換熱影響最大的表面的發(fā)射率響最大的表面的發(fā)射率熱工學熱工學28282 2 改變換熱表面間的角系數(shù)改變換熱表面間的角系數(shù)3 3 利用遮熱板利用遮熱板thermal ra

12、diation shield 這是綜合、有效的方法這是綜合、有效的方法 重點內容！重點內容！2222, 11111212, 1111AXAAEEbb21112, 1bbEEA熱工學熱工學29292222, 11111212, 1111AXAAEEbb1 211T22T二二 遮熱板的工作原理及應用遮熱板的工作原理及應用1 1 遮熱板的工作原理遮熱板的工作原理11111121212211212, 1bbbbEEEEq熱工學熱工學3030如果插入一塊無限大薄金屬如果插入一塊無限大薄金屬板，那么板，那么1112, 11X2211bE2bE1J2J1113 , 11X3313 , 21X2211bE3b

13、E2bE3311J3J3J2J熱工學熱工學31 31321假定假定2211321212, 1bbEEq如何進一步提高遮熱板的遮熱效果如何進一步提高遮熱板的遮熱效果？2 , 12 , 121qq 則則11121212, 1bbEEq熱工學熱工學32322 2 遮熱板的應用遮熱板的應用（1 1） 汽輪機中用于減少內、外套管間輻射換熱汽輪機中用于減少內、外套管間輻射換熱熱工學熱工學3333（2 2） 儲存液態(tài)氣體的低溫容器儲存液態(tài)氣體的低溫容器（3 3） 超級隔熱油管超級隔熱油管熱工學熱工學3434（4）提高測溫的準確性）提高測溫的準確性單層遮熱罩抽氣式熱電偶測溫示意圖單層遮熱罩抽氣式熱電偶測溫示意

14、圖熱工學熱工學35356-96-9 例題例題2 2 北方深秋季節(jié)的清晨，樹葉葉面上常常結北方深秋季節(jié)的清晨，樹葉葉面上常常結霜。請問樹葉上、下表面的哪一面結霜？霜。請問樹葉上、下表面的哪一面結霜？為什么？為什么？3 3 有一臺放置于室外的冷庫，從減少冷庫冷量有一臺放置于室外的冷庫，從減少冷庫冷量損失的角度出發(fā)，冷庫外殼顏色應涂成深色損失的角度出發(fā)，冷庫外殼顏色應涂成深色還是淺色？還是淺色？1 1 人造地球衛(wèi)星在返回地球表面時為何容易被人造地球衛(wèi)星在返回地球表面時為何容易被燒毀？燒毀？熱工學熱工學36364 4 窗戶玻璃對紅外線幾乎不透明，但為什么隔窗戶玻璃對紅外線幾乎不透明，但為什么隔著玻璃曬太陽可以使人感到暖和？著玻璃曬太陽可以使人感到暖和？5 5 要增強物體間的輻射換熱，有人提出用發(fā)射要增強物體間的輻射換熱，有人提出用發(fā)射率率大的材料。因而根據(jù)基爾霍夫定律，對漫大的材料。因而根據(jù)基爾霍夫定律，對漫灰表面，灰表面， = =，即發(fā)射率大的物體同時其吸即發(fā)射率大的物體同時