輻射傳熱的計(jì)算.ppt

1、一、組成輻射網(wǎng)絡(luò)的基本熱阻,（1）表面輻射熱流,（2）空間輻射熱流,知識(shí)回顧：,二、漫灰表面之間輻射換熱的網(wǎng)絡(luò)求解法,兩漫灰表面構(gòu)成封閉空間的輻射換熱,系統(tǒng)黑度：,a）一凸形/平漫灰表面被另一漫灰表面包圍。,b）凸形漫灰表面對(duì)大空間。,c) 兩緊靠平行表面，即A1/A2 1，X1,2=1。,Eb1,Eb2,Eb3,J1,J2,J3,三個(gè)漫灰表面構(gòu)成封閉空間的輻射換熱,節(jié)點(diǎn)1：,節(jié)點(diǎn)2：,節(jié)點(diǎn)3：,a）一表面為黑體。,兩特殊情形：,Eb1,Eb2,J1,J2,J3= Eb3,表面3為黑體,節(jié)點(diǎn)1：,節(jié)點(diǎn)2：,Eb1,Eb2,J1,J2,J3= Eb3,表面3絕熱,b）一表面絕熱。,9-35：設(shè)有

2、如附圖所示的幾何體，半球表面是絕熱的，底面被一直徑（D0.2m）分為1、2兩部分。表面1為灰體，T1=550K,=0.35，表面2為黑體，T2=330K。試計(jì)算表面1的凈輻射損失及表面3的溫度。,Eb1,Eb2,J1,J2,J3,=Eb3,=Eb2,3絕熱，D0.2m。T1=550K,=0.35，2為黑體，T2=330K。計(jì)算1及T3的溫度。,Eb1,J1,J2,J3,=Eb3,=Eb2,3絕熱，D0.2m。T1=550K,=0.35，2為黑體，T2=330K。計(jì)算1及T3的溫度。,Eb1,J1,J2,J3,=Eb3,=Eb2,第九章 輻射傳熱的計(jì)算,9-1 輻射傳熱的角系數(shù) 9-2 兩表面封

3、閉系統(tǒng)的輻射傳熱 9-3 多表面系統(tǒng)的輻射傳熱 9-4 氣體輻射的特點(diǎn)及計(jì)算 9-5 輻射傳熱的控制 9-6 綜合傳熱問(wèn)題分析,工業(yè)上常見(jiàn)的溫度范圍內(nèi)，氧、氮、氫等分子結(jié)構(gòu)對(duì)稱的雙原子氣體，可認(rèn)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(jié)構(gòu)不對(duì)稱的雙原子氣體（一氧化碳）。,9-4 氣體輻射的特點(diǎn)及計(jì)算,1. 對(duì)波長(zhǎng)的選擇性 輻射性氣體只在某些特定波段具有輻射和吸收本領(lǐng)。,9-4 氣體輻射的特點(diǎn)及計(jì)算,一、氣體輻射的特點(diǎn),CO2的主要輻射光帶： H2O的主要輻射光帶：,CO2和H2O的主要吸收譜帶,9-4 氣體輻射的特點(diǎn)及計(jì)算,2、容積性

4、投射到氣體層界面上的輻射能在輻射行程中逐漸被吸收，同時(shí)界面上所感受到的輻射為整個(gè)容積的總輻射。,因此，氣體的吸收和發(fā)射與輻射在氣體中穿行的距離長(zhǎng)短（通常叫行程）以及氣體分子的密度有直接關(guān)系。而氣體的密度則取決于它的溫度和分壓力。,二、氣體輻射的衰減規(guī)律,三、氣體輻射的光譜吸收比、光譜發(fā)射率,四、氣體的發(fā)射率g和吸收比g,五、氣體與包壁的輻射傳熱,9-4 氣體輻射的特點(diǎn)及計(jì)算,二、氣體輻射的衰減規(guī)律,9-4 氣體輻射的特點(diǎn)及計(jì)算,貝爾定律給出了光譜輻射強(qiáng)度在吸收性氣體中傳播時(shí)的衰減規(guī)律。,Beer 定律,K為光譜衰減系數(shù)，m-1，它取決于物體的種類、密度和波長(zhǎng)。s為射線行程。,從不同方向到表面的

5、射線行程各不相同，為此用當(dāng)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(jiàn)表9-3。 對(duì)任意幾何形狀的情況，可按下式計(jì)算： V:氣體容積; A:包壁面積,9-4 氣體輻射的特點(diǎn)及計(jì)算,9-4 氣體輻射的特點(diǎn)及計(jì)算,是厚度為s的氣體層的單色穿透比,三、氣體輻射的光譜吸收比、光譜發(fā)射率,根據(jù)Kirchhoff定律，光譜發(fā)射率為,分壓P、溫度T、射線行程s,四、氣體的發(fā)射率g和吸收比g,9-4 氣體輻射的特點(diǎn)及計(jì)算,g除了與s有關(guān)外，還與氣體的溫度和氣體的分壓力有關(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g，圖8-20給出了PH2O=0時(shí)的水蒸氣發(fā)射率 的圖線。圖8

6、-21則是其修正系數(shù) 。,水蒸氣的發(fā)射率為：,圖8-20,圖8-21 修正系數(shù),對(duì)于CO2:,圖8-22,圖8-23 修正系數(shù),同時(shí)有水蒸氣和二氧化碳時(shí),氣體的總發(fā)射率按下式計(jì)算:,9-4 氣體輻射的特點(diǎn)及計(jì)算,2.氣體的吸收比g,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,五、氣體與包壁的輻射傳熱,9-4 氣體輻射的特點(diǎn)及計(jì)算,1.氣體與黑體外殼之間的輻射換熱公式,故,2.氣體與灰體外殼之間的輻射換熱公式,考慮第一次吸收，輻射傳熱量,例2：在太陽(yáng)系中，地球和火星距太陽(yáng)的距離相差不大，但為什么火星表面溫度晝夜變化卻比地球要大得多？,強(qiáng)化輻射換熱的主

7、要途徑： （1）增加發(fā)射率； （2）增大面積A； （3）增加角系數(shù)。 削弱輻射換熱的主要途徑： （1）降低發(fā)射率； （2）降低角系數(shù)/減小表面A； （3）加入遮熱板。,9-5 輻射換熱的強(qiáng)化與削弱,遮熱板是指兩個(gè)輻射換熱表面之間插入用以削弱輻射換熱的薄板，其實(shí)質(zhì)相當(dāng)于降低了表面發(fā)射率。,T1 1 A,T2 2 A,T3,3, A,遮熱板,9-5 輻射換熱的強(qiáng)化與削弱,T1 1 A,T2 2 A,T3,3, A,遮熱板,加入平板3后：,9-5 輻射換熱的強(qiáng)化與削弱,T1 1 A,T2 2 A,T3,3, A,沒(méi)有遮熱板時(shí)：,加入遮熱板后：,如果所有平板的黑度均相同，即1=2=3=：,9-5 輻射

8、換熱的強(qiáng)化與削弱,例3：有兩塊無(wú)限大平板，其發(fā)射率分別為0.3和0.8，兩者由于溫度不同進(jìn)行輻射換熱。若在兩平板之間插入一塊兩面拋光的鋁遮擋板，其發(fā)射率為0.04，求由此引起的輻射換熱降低的百分率。,0.04,0.04,解：未加入遮熱板前：,加遮熱板后：,輻射換熱降低的百分率：,例4：在兩塊平行放置的相距很近的大平板1與2中插入一塊很薄且兩個(gè)表面黑度不等的第三塊平板。已知t1=300，t2=100，1=0.5，2=0.8，當(dāng)板3的A面朝向表面1時(shí)，板3的溫度為170，當(dāng)板3的B面朝向表面1時(shí)，穩(wěn)態(tài)時(shí)板3的溫度為260。試確定表面A、B各自的黑度（精確到2位有效數(shù)字），并說(shuō)說(shuō)不同放置方式對(duì)散熱損

9、失有無(wú)影響？,1 3 2,A B,已知t1=300，t2=100，1=0.5，2=0.8， 當(dāng)3的A1時(shí)，板3的溫度為170， 當(dāng)3的B1時(shí)，板3穩(wěn)態(tài)時(shí)的溫度為260。確定3A、3B,1 3 2,A B,A1時(shí)，板3的溫度為170:,B1時(shí)：,同理：,說(shuō)說(shuō)不同放置方式對(duì)散熱損失有無(wú)影響？,A1時(shí)，t3=170;,1 3 2,t1=300 1=0.5,t2=100 2=0.8,A B,B1時(shí)，t3=260,例4:如圖所示，兩漫灰同心圓球殼之間插入一通信輻射遮熱球殼，試問(wèn)遮熱球殼靠近外球殼還是靠近內(nèi)球殼時(shí)，球殼1和球殼2表面之間的輻射散熱量越大？,1,2,i,1,2,i,遮熱球殼靠近外球殼還是靠近

10、內(nèi)球殼時(shí)，球殼1和球殼2表面之間的輻射散熱量越大？,Ai,遮熱板的應(yīng)用舉例：,對(duì)儲(chǔ)存液氮、液氧等容器，為了提高保溫效果，采用多層平壁并抽真空。遮熱板用塑料薄膜制成，,（1）儲(chǔ)存液態(tài)氣體的低溫容器；,其上涂以反射比很大的金屬箔層。箔層厚度約0.010.05，箔間嵌以質(zhì)輕且導(dǎo)熱系數(shù)小的材料作分隔層，絕熱層中抽成高度真空。,9-5 輻射換熱的強(qiáng)化與削弱,（2）超級(jí)隔熱油管,石油在地層下數(shù)千米，粘度大，開(kāi)采時(shí)需注射高溫高壓蒸汽使其粘度降低。為減少蒸汽散熱損失，可采用類似低溫保溫容器的多層遮熱板并抽真空。,內(nèi)管注蒸汽,外管,間隔材料,9-5 輻射換熱的強(qiáng)化與削弱,浮式液化天然氣(FLNG)系統(tǒng)是由船與儲(chǔ)

11、氣船裝置組成,熱平衡時(shí)，熱電偶指示溫度必低于/高于氣體的真實(shí)溫度。使用遮熱罩抽氣式熱電偶，熱電偶在遮熱罩保護(hù)下輻射散熱減少，抽氣作用可增加對(duì)流換熱，使測(cè)量誤差減少。,（3）提高溫度測(cè)量的準(zhǔn)確度,為使遮熱罩能對(duì)熱電偶有效地起屏蔽作用，s/d應(yīng)大于22.2。,9-5 輻射換熱的強(qiáng)化與削弱,既有表面輻射傳熱又有對(duì)流傳熱的現(xiàn)象統(tǒng)稱表面?zhèn)鳠帷?單位傳熱面的總傳熱熱流密度為：,hr輻射傳熱系數(shù)，,h=hr+hc:(復(fù)合傳熱)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù), 9-6 綜合傳熱問(wèn)題分析,關(guān)于復(fù)合換熱的幾點(diǎn)說(shuō)明：,（1）在需要輻射換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)hr的場(chǎng)合，應(yīng)先從輻射換熱公式中計(jì)算出輻射換熱量r，然后按上式得出hr； （2 ）工

12、程計(jì)算中輻射和對(duì)流常常同時(shí)存在，尤其是在以空氣等氣體作為對(duì)流介質(zhì)的場(chǎng)合。在常溫狀態(tài)下，輻射散熱量常與自然對(duì)流散熱量處于同一數(shù)量級(jí)； （3）在熱阻分析及對(duì)傳熱系數(shù)k進(jìn)行計(jì)算時(shí)，如果某一側(cè)同時(shí)存在輻射與對(duì)流，其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h應(yīng)為復(fù)合換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。 （4）在導(dǎo)熱問(wèn)題的第三類邊界條件及用集總參數(shù)法研究導(dǎo)熱問(wèn)題時(shí)，如果導(dǎo)熱邊界條件是復(fù)合換熱情形，則表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)同樣要用復(fù)合換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。, 9-6 綜合傳熱問(wèn)題分析,室內(nèi)：（無(wú)風(fēng)，熱力管道及設(shè)備，tw=0150）,式中：tw管子或設(shè)備與空氣接觸的外表面的 平均溫度，； t0環(huán)境溫度，一般取室溫，。,室外：,式中：垂直于管道的風(fēng)速，m/s；,例6：邊

13、長(zhǎng)為1.2m的水平放置的太陽(yáng)能集熱器，吸熱表面的發(fā)射率為0.25，對(duì)太陽(yáng)能的吸收比s0.95。當(dāng)太陽(yáng)的投入輻射為Gs850W/m2時(shí)，測(cè)得吸熱表面溫度為95。此時(shí)環(huán)境溫度為25，天空可視為23K的黑體。設(shè)吸熱表面直接暴露在空氣中，其上無(wú)夾層。若定義集熱器效率為集熱器所吸收的凈太陽(yáng)輻射能與太陽(yáng)投入輻射之比。試確定該集熱器的效率。,0.25，s0.95。Gs850W/m2時(shí)，t=95。tf=25，T2=23K的黑體。,1.2m1.2m,Gs850W/m2,0.25，s0.95, t=95,tf=25,T2=23K，2=1,若定義集熱器效率為集熱器所吸收的凈太陽(yáng)輻射能與太陽(yáng)投入輻射之比。確定該集熱器的效率。,0.25，s0.95。Gs850W/m2時(shí)，t