傳熱學第七章課件 chapter8.ppt

傳熱學HeatTransfer 第八章輻射換熱的計算 在了解了物體輻射和吸收特性的基礎上 這一章將介紹物體間輻射換熱的計算方法 首先介紹輻射換熱中一個重要的幾何因子 角系數 然后是兩個和多個表面所組成系統(tǒng)的輻射換熱計算方法 最后是煙氣的輻射特性和煙氣與殼體間的輻射換熱計算 傳熱學HeatTransfer 8 1角系數的定義 性質和計算 一 角系數的定義 兩個表面的輻射換熱量與兩個表面之間的相對位置有很大關系 定義 表面1發(fā)出的輻射能中落到表面2上的百分數 稱為表面1對表面2的角系數 記為X1 2 傳熱學HeatTransfer 二 角系數的性質 研究如圖示中微元面dA1到另一個微元面dA2的角系數 根據定義得 1 角系數的相對性 傳熱學HeatTransfer 在幾個表面組成的封閉系統(tǒng)中 任一個表面對封閉腔各個表面的角系數之和等于1 2 角系數的完整性 傳熱學HeatTransfer 3 角系數的可加性 傳熱學HeatTransfer 三 角系數的計算 1 直接積分法 傳熱學HeatTransfer 工程上已將大量幾何結構角系數的求解結果繪制成圖線 本書中給出了部分代表性的圖 使用中注意對數坐標的特點 2 查圖法 傳熱學HeatTransfer 3 代數法 利用角系數的相對性 完整性及可加性來獲得角系數的方法 傳熱學HeatTransfer 傳熱學HeatTransfer 傳熱學HeatTransfer 8 2兩固體表面間的輻射換熱 一 黑體表面間的輻射換熱計算 空間輻射熱阻 傳熱學HeatTransfer 二 有效輻射 單位時間離開單位面積的總輻射能為有效輻射 記為J 物體表面與外間的輻射換熱量與有效輻射J之間的關系 表面輻射熱阻 傳熱學HeatTransfer 采用有效輻射的概念 任意兩個表面的輻射換熱量可表示成 三 兩個漫灰表面組成封閉系統(tǒng)的輻射換熱 若是兩個表面組成封閉系統(tǒng) 則 稱為系統(tǒng)黑度 傳熱學HeatTransfer 傳熱學HeatTransfer 8 3多表面系統(tǒng)輻射換熱的計算 在多表面系統(tǒng)中 一個表面的凈輻射換熱量是與其余各表面分別換熱的換熱量之和 對于多表面系統(tǒng)可采用網絡法或數值方法來計算每一表面的凈輻射換熱量 在此主要介紹網絡法 傳熱學HeatTransfer 一 網絡法的基本步驟 1 畫出等效的網絡圖 以三個表面組成的封閉系統(tǒng)為例 傳熱學HeatTransfer 2 列出節(jié)點的電流方程 上面三個表面組成的封閉系統(tǒng)中節(jié)點J1的方程為 傳熱學HeatTransfer 3 求解由各節(jié)點方程組成的方程組 得到J1 J2等 4 確定每個表面的凈輻射換熱量或任意兩個表面間的輻射換熱量 傳熱學HeatTransfer 關于黑體表面的說明 請同學自己畫出由四個表面組成封閉系統(tǒng)的輻射換熱網絡圖 因此有 傳熱學HeatTransfer 二 重輻射面 輻射換熱系統(tǒng)中 凈輻射換熱量為零 絕熱 的表面稱為重輻射面 與黑體表面情況的區(qū)別 重輻射面的溫度是待定的 傳熱學HeatTransfer 傳熱學HeatTransfer 8 4輻射換熱的強化與削弱 一 輻射換熱的強化 1 增加換熱面的發(fā)射率 2 改變兩表面的相對位置 提高角系數 傳熱學HeatTransfer 二 輻射換熱的削弱 遮熱板 下面以兩塊靠得很近的大平壁間的輻射換熱為例來說明遮熱板的工作原理 傳熱學HeatTransfer 遮熱板通常采用表面反射率高 發(fā)射率小的材料 如表面高度拋光的薄鋁板等 為了增加隔熱保溫的效果 通常還在多層遮熱板中間抽真空 將導熱和對流換熱減少到最低限度 典型的遮熱板應用情況 如 航天器的多層真空艙壁 低溫技術中的多層隔熱容器以及測溫技術中測溫元件的遮熱罩等 傳熱學HeatTransfer 熱電偶測溫過程的分析和抽氣式遮熱罩的應用 測溫誤差 傳熱學HeatTransfer 抽氣式熱電偶遮熱罩的示意圖 傳熱學HeatTransfer 8 5氣體輻射 一 輻射性氣體 在工業(yè)上常見的溫度范圍內 氧 氮 氫等分子結構對稱的雙原子氣體 可以認為是熱輻射的透明體 輻射性氣體主要有 二氧化碳 水蒸氣 二氧化硫 甲烷 氟里昂等三原子 多原子及結構不對稱的雙原子氣體 一氧化碳 傳熱學HeatTransfer 二 氣體輻射的特點 輻射性氣體只在某些特定波段具有輻射和吸收本領 CO2的主要輻射光帶 1 對波長的選擇性 H2O的主要輻射光帶 傳熱學HeatTransfer H2O的主要輻射光帶 CO2的主要輻射光帶 傳熱學HeatTransfer 2 容積性 投射到氣體層界面上的輻射能要在輻射行程中逐漸被吸收 同時 界面上所感受到的輻射為整個容積的總輻射 傳熱學HeatTransfer 因此 氣體的吸收和發(fā)射與輻射在氣體中穿行的距離長短 通常叫行程 以及氣體分子的密度有直接關系 而氣體的密度則取決于它的溫度和分壓力 三 貝爾 beer 定律 貝爾定律給出了光譜輻射強度在吸收性氣體中傳播時的衰減規(guī)律 為光譜減弱系數 s為輻射層厚度 傳熱學HeatTransfer 四 平均射線行程 從不同方向到表面的射線行程各不相同 為此用當量半球的半徑作為平均射線行程 用s表示 幾種典型幾何容積的s見表9 3 對任意幾何形狀的情況 可按下式計算 V氣體容積 m3 A包壁面積 m2 傳熱學HeatTransfer 五 氣體的發(fā)射率和吸收比