西安交通大學(xué)傳熱學(xué)第九章輻射傳熱的計(jì)算

1、第九章第九章輻射傳熱的計(jì)算輻射傳熱的計(jì)算傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer9-1 輻射輻射傳熱的角系傳熱的角系數(shù)數(shù)一、角系數(shù)的定義一、角系數(shù)的定義1、問(wèn)題的引出、問(wèn)題的引出22/9211221 兩表面之間的輻射傳熱量與它們 之間的相對(duì)位置有很大關(guān)系！傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer3/92 X1, 2表表面面1對(duì)對(duì)表表面面2的的角角系系數(shù)數(shù)：離離開(kāi)開(kāi)表表面面1的輻射能落的輻射能落到到表表面面2上的上的份份額額 X2, 1表表面面2對(duì)對(duì)表表面面1的的角角系數(shù)系數(shù)：離離開(kāi)開(kāi)表面表面2的輻射能落的輻射能落到到表表面面1上的上的份份額額View factor, angle factor2、角

2、系數(shù)的、角系數(shù)的定定義義傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer4/92二二、討論、討論角角系數(shù)的系數(shù)的假假定定1、兩個(gè)假定、兩個(gè)假定 物物體表面體表面為為漫漫射射表面表面 離離開(kāi)所研開(kāi)所研究究表面的表面的輻輻射熱流射熱流密密度度是是均均勻勻的的漫反射漫反射+T均勻均勻+發(fā)射率均勻發(fā)射率均勻+反射比均勻反射比均勻2、優(yōu)點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn) 角角系數(shù)完系數(shù)完全全是一個(gè)是一個(gè)幾幾何因何因子子 物體表物體表面面溫度及溫度及發(fā)發(fā)射率的射率的改改變只影變只影響響離開(kāi)離開(kāi)表表 面面的輻射的輻射能能的絕對(duì)的絕對(duì)大大小小傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer三三、角系、角系數(shù)數(shù)的性的性質(zhì)質(zhì)1、相對(duì)性相對(duì)性 微微元面和元面和

3、微微元元面面d1,d 2b11E dAX dA1 cos1 cos2d 2,d1 r2XIb1 cos1dA1d1 dA2 cos1 cos2 r25/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat TransferdA1Xd1,d 2 dA2 Xd 2,d1 有有限大小限大小表表面面1,2A1Eb1 X1,2 A2 Eb2 X 2,1當(dāng)當(dāng) 1, 20時(shí)時(shí)，T1T2A1 X1,2 A2 X 2,16/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer2、完整性、完整性nX1,1 X1,2 X1,3 X1,n X1,i 1i1X1,1 ？7/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer3、可加性、可加性如圖所示，如圖所示，表表

4、面面2分為分為 2A和和2B兩個(gè)兩個(gè)面面/n個(gè)個(gè)面面， 則則nX1 , 2 X1 , 2 ii 1注意注意：子區(qū)子區(qū)域域不能不能重重疊疊！8/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat TransferA2 Eb2 X 2,1 A2 AEb2 X 2 A,1 A2B Eb2 X 2B,1注意注意：子區(qū)子區(qū)域域不能不能重重疊疊！222,12B,12 A,1XXXA2 BAA2 AA9/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer四四、角系、角系數(shù)數(shù)的計(jì)的計(jì)算算1、直接積分法、直接積分法 dA2 cos1 cos2 r 2cos1 cos2dA1dA21d1,d 2X 10/92 11212d1,d 21A12A11

5、,2XdAAAAA rX這是這是一一個(gè)四個(gè)四重重積積分分！圖圖9-7、9-8、9-9，查，查圖圖時(shí)注時(shí)注意意對(duì)數(shù)對(duì)數(shù)坐坐標(biāo)標(biāo)傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer2、代數(shù)分析代數(shù)分析法法 利用利用角系角系數(shù)數(shù)的性的性質(zhì)質(zhì)，通過(guò)求通過(guò)求解解代數(shù)方代數(shù)方程程組組而而 獲獲得角系得角系數(shù)數(shù)的方的方法法 三三表面封表面封閉閉系系統(tǒng)統(tǒng)相相對(duì)對(duì)性性 完完整整性性 可可加加性性11/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer11,22AXA1 A2 A322,1 11,333,1A X A X11,2A2 X 2,3 A3 X 3,2 A X A X3,23,12,32,1X X 1X X 1 X1,3 1

6、X1,211,2X l1 l2 l32l1,112/92注意注意X=02abab bd ad傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer 交交叉線叉線法法X ab,cd 1 X ab,ac X ab,bdXab ac bcXab,bdab,acX2abab,cd2ab bc ad ac bd 注意注意X1,1 =013/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer 從從已知推已知推出出未未知知 求求 X1,2？由由P.400圖圖9-8可以查出可以查出X A,2X A1,2由由角系數(shù)角系數(shù)的的可加可加性性X 2, A1 X 2, A X 2,11,2XAA AA,2A1A1A1A1,2XX14/92傳熱

7、傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer 利利用對(duì)稱(chēng)用對(duì)稱(chēng)性性112141215/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer五五、舉、舉例例鍋鍋爐爐膛爐爐膛對(duì)對(duì)水冷壁水冷壁的的輻射角輻射角系系數(shù)數(shù)16/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer經(jīng)經(jīng)簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化后后 變成線變成線AD對(duì)弧對(duì)弧AB的角系數(shù)的角系數(shù) 記得要記得要乘乘2倍倍17/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat TransferX 2 AD AB BCD2 AD s MB BCs18/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer9-2 兩表兩表面面封封閉閉系系統(tǒng)的統(tǒng)的輻輻射傳熱射傳熱一一、透熱、透熱介介質(zhì)質(zhì) 指指不參與不參與熱熱輻射的輻射的介介質(zhì)質(zhì) 空氣

8、空氣19/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer20/92 某某表面向表面向空空間各方間各方向向發(fā)射出發(fā)射出去去的輻射的輻射能能 空空間各個(gè)間各個(gè)方方向投射向投射到到該表面該表面上上的輻射的輻射能能如如何確保何確保以以上兩點(diǎn)上兩點(diǎn)呢呢？ 計(jì)計(jì)算算的對(duì)象的對(duì)象必必須是一須是一個(gè)個(gè)包含所包含所研研究表究表面面在在 內(nèi)的一個(gè)封內(nèi)的一個(gè)封閉閉腔腔/系統(tǒng)系統(tǒng) 封封閉閉腔的表腔的表面面可以全可以全部是部是真實(shí)真實(shí)的的，也也可可以以 部部分是假分是假想想的的二二、封閉、封閉腔腔模模型型傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer三三、兩黑、兩黑體體表面組表面組成成的封閉的封閉腔腔如如圖圖，垂，垂直直于紙面于紙

9、面方方向無(wú)限向無(wú)限長(zhǎng)長(zhǎng) 假定出去假定出去為為 “ + ”1,2 A1Eb1 X1,2A2 Eb2 X 2,1 A1 X1,2 Eb1 Eb2 A2 X 2,1 Eb1 Eb2 關(guān)鍵關(guān)鍵121/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transferacd1b 2424111,21,2b211,2b1 A XE E A X T T舉例舉例adcXadc,ac acXac,adc 1ac,adc Xadcadc,acAAacXX1,2 1 X1,1Xadc,ac X1,1 122/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer四四、兩漫、兩漫灰灰表面組表面組成成的封閉的封閉腔腔1 223/92 1 2T1T2以表面

10、以表面1為研為研究對(duì)究對(duì)象象 從表面從表面1上出上出去的去的輻輻射射能能 投入到表面投入到表面1上的上的輻輻射射能能1、投入輻、投入輻射射 G 單單位時(shí)間位時(shí)間內(nèi)內(nèi)從外界從外界投投射到單射到單位位表表面面 積積上的總上的總輻輻射射能能 單位單位：W/m2傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer2、有效輻有效輻射射 J 單單位時(shí)間位時(shí)間內(nèi)內(nèi)離開(kāi)表離開(kāi)表面面的單位的單位表表面積上面積上的的 總總輻射輻射能能 單位單位：W/m21,2 A1J1 X1,2 A2 J2 X 2,1關(guān)鍵224/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer3、有效輻射、有效輻射與表與表面面輻射輻射傳傳熱熱量量的關(guān)的關(guān)系系111

11、b1J E ( 11)qJ E G Eb G1,2 A1J1 X1,2 A2 J2 X 2,1q1 J1 G1q1 1Eb1 1G125/92外外內(nèi)內(nèi)假定出去假定出去為為 “ + ”傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer4、兩漫灰表、兩漫灰表面組面組成成的封的封閉閉腔腔 一一般情般情形形1J Eb (1)q111,2222,11,2 A J X A J X1,2 A1q12,1 A2 q21,2 2,126/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer1, 2A1 X1 , 2 2 A21 1 21 11 A1Eb 1 Eb 211,21,21A1 X1,2b2b1 Eb1 Eb2 A XE E

12、27/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer定定義系統(tǒng)義系統(tǒng)黑黑度（或度（或稱(chēng)稱(chēng)為系統(tǒng)為系統(tǒng)發(fā)發(fā)射率射率） 11122,111,2 1 X 1 1 Xs1,21,2 111 X11 X 2,112A1 X1,2 (Eb1 Eb2 )1,2 s A1 X1,2 (Eb1 Eb2 )A1 X1 , 228/92Eb 1 2 A21 1 21 11 A1 Eb 21,2傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer 幾幾種特殊種特殊情情形形 1111,21 XA2 2A11 X1,2 1 1s表面表面1為凸面為凸面 或或平平面面1 1 11A2 21A1s29/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer

13、 1111,21 XA2 2A11 X1,2 1 1s11111 2s表 面 積表 面 積 A1與 表與 表 面 積面 積 A2相 當(dāng) 且相 當(dāng) 且 無(wú)無(wú)限靠限靠近近30/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer 1111,21 XA2 2A11 X1,2 1 1s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1 s 高高溫管道溫管道間間 熱熱電偶測(cè)電偶測(cè)溫溫誤誤差差2,1b211b1 A E E31/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer五五、例、例題題1、例例9-2 液液氧儲(chǔ)存氧儲(chǔ)存容容器器 表表面鍍銀面鍍銀的的作作用用這是有關(guān)這是有關(guān) 抑抑制

14、輻射制輻射傳傳 熱熱的問(wèn)的問(wèn)題題特例特例2空空調(diào)器室調(diào)器室外外機(jī)機(jī)為為 什什么涂成么涂成白白色色？32/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer2、例例9-3 高高溫管道溫管道間間 有有兩種處兩種處理理方方法法3、例例9-4 其其實(shí)是一實(shí)是一個(gè)個(gè)三表三表面面 系統(tǒng)系統(tǒng) 如如果表面果表面是是黑體黑體， 可可以計(jì)算以計(jì)算；如果如果不不 是是，要用，要用下下一節(jié)一節(jié)的的 知識(shí)知識(shí)33/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer34/929-3 多表多表面系統(tǒng)的輻面系統(tǒng)的輻射射傳傳熱熱 兩表兩表面系面系統(tǒng)：統(tǒng)：一個(gè)一個(gè)表面表面的的凈凈輻輻射射傳傳熱熱量量等于等于其與另一個(gè)其與另一個(gè)表面表面的的傳熱量

15、傳熱量 多表多表面系面系統(tǒng)：統(tǒng)：一個(gè)一個(gè)表面表面的的凈凈輻輻射射傳傳熱熱量量等于等于其與其它表其與其它表面的面的傳傳熱量熱量之之和和 前前提：被提：被透透熱介質(zhì)熱介質(zhì)隔隔開(kāi)開(kāi) 方方法：（法：（輻輻射）射）網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)法法傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer一一、兩表、兩表面面封閉系封閉系統(tǒng)統(tǒng)的輻射的輻射網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)A1 X1,21 A1 2 A21 11 1 21,2 A1J1 X1,2 A2 J2 X 2,1Eb1 Eb21211,2121,21A1 X1,2J J A XJ J 35/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat TransferbJ E ( 1 1)q1 q Eb J Eb J1 A12211,2

16、11,21A1 X1,2J J A XJ J 36/92 Eb J1 A傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer 相相當(dāng)當(dāng)于于電流電流強(qiáng)強(qiáng)度度，是是過(guò)過(guò)程程 中中傳遞的傳遞的量量 （ Eb-J）、（ J1 J2 ） 相當(dāng)相當(dāng) 于電壓于電壓，是過(guò)程進(jìn)行的驅(qū)動(dòng)是過(guò)程進(jìn)行的驅(qū)動(dòng)1,21A1 X1,2J1 J2力力；E 相當(dāng)于源電相當(dāng)于源電勢(shì)勢(shì)、J相相b當(dāng)當(dāng)于節(jié)點(diǎn)于節(jié)點(diǎn)電電勢(shì)勢(shì) 電阻電阻1 A1A1 X1,237/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer1、表面輻射表面輻射熱阻熱阻和和空間空間輻輻射射熱熱阻阻 Eb J1 A1,21A1 X1,2J1 J238/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfe

17、r2、兩漫灰表、兩漫灰表面封面封閉閉系統(tǒng)系統(tǒng)輻輻射射網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)圖圖1,2A1 X1,21 A1 2 A21 11 1 2Eb1 Eb239/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer40/923、輻射傳熱輻射傳熱的網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)絡(luò)法法 把把輻輻射射熱熱阻阻比比擬擬成成等等效效的的電電阻阻從從而而通過(guò)通過(guò)等等 效效網(wǎng)絡(luò)圖網(wǎng)絡(luò)圖來(lái)來(lái)求解輻求解輻射射傳熱的傳熱的方方法法 要要求求：（1）節(jié)節(jié)點(diǎn)的點(diǎn)的概念概念；（2）表面表面熱阻熱阻和和空空 間間熱熱阻阻；（；（3）畫(huà)電路畫(huà)電路圖圖的一些的一些基基本本知知 識(shí)識(shí)。 表表面凈輻面凈輻射射傳熱傳熱量量 兩表面之間兩表面之間的的輻輻射傳射傳熱熱量量傳熱傳熱學(xué)學(xué)Hea

18、t Transfer二二、多表、多表面面封閉系封閉系統(tǒng)統(tǒng)的輻射的輻射網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)1、基本思路、基本思路 通通過(guò)等效過(guò)等效網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)圖來(lái)絡(luò)圖來(lái)獲獲得得有效有效輻輻射射 Eb J1 A1,21A1 X1,2J1 J241/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer2、建立等效建立等效網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)圖圖的步的步驟驟 每每一個(gè)參一個(gè)參與與輻射傳輻射傳熱熱的表面的表面：源電源電勢(shì)勢(shì)（同溫（同溫度度下黑體下黑體輻輻射射力力）、 電電阻阻（表表面面輻射熱輻射熱阻阻）、節(jié)、節(jié)點(diǎn)點(diǎn)電電勢(shì)勢(shì)（該表面該表面的的有效輻有效輻射射）。 任任意兩個(gè)意兩個(gè)表表面之面之間間通通過(guò)過(guò)空間空間輻輻射熱射熱阻阻連連接起接起來(lái)來(lái)42/92傳熱傳熱

19、學(xué)學(xué)Heat Transfer43/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer3、節(jié)點(diǎn)電流、節(jié)點(diǎn)電流方方程程 011Eb1 J1 J2 J1 J3 J11 1A1 X1,3A1 X1,21 A1節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)144/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer 01 J2 J1 J2 J3 J21A2 X 2,3A1 X1,2Eb21 2 2 A2節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)2 011A2 X 2,3 J3 J1 J3 J2 J3A1 X1,3Eb31 33 A3節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)345/92 任任一表面一表面的的凈輻射凈輻射傳傳熱熱量量 任任意兩表意兩表面面間的輻間的輻射射傳熱傳熱量量傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer4、求

20、解及結(jié)果、求解及結(jié)果 求解上述方求解上述方程程，得得到到 Ji Eb J1 A1,21A1 X1,2J1 J246/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer1、有一個(gè)表、有一個(gè)表面為面為黑黑體體三三、兩種、兩種特特殊情殊情形形黑黑體的表體的表面面輻射熱輻射熱阻阻為為零零47/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer2、有一個(gè)表、有一個(gè)表面是面是輻輻射絕射絕熱熱的的bJ E ( 1 1)qJ Eb48/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer3、比較、比較 機(jī)機(jī)理不理不同同 溫溫度確定度確定與與否否？表現(xiàn)表現(xiàn)在在節(jié)點(diǎn)電節(jié)點(diǎn)電勢(shì)勢(shì)（有有效輻效輻射射）已已知或知或未未知知J Eb已知已知49/

21、92未知未知傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer50/92四四、例、例題題例題例題9-5 兩塊尺寸為兩塊尺寸為1m 2m，間間距距為為1m的平行的平行 平板置于室平板置于室溫溫t3=27的的大大廠廠房?jī)?nèi)房?jī)?nèi)。平平板板背面背面不不 參參與換熱與換熱。已知兩已知兩板板的溫度的溫度和和發(fā)射率發(fā)射率分分別別為為 t1=827，t2=327， 1=0.2， 2=0.5，試計(jì)算試計(jì)算 每每個(gè)板的個(gè)板的凈凈輻射熱輻射熱量量及廠房及廠房壁壁所得到所得到的的輻射輻射熱熱 量。量。傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer分分析析： 3個(gè)表面間的個(gè)表面間的輻射輻射傳傳熱問(wèn)熱問(wèn)題題； 廠房面積很廠房面積很大大，表面表

22、面熱熱阻阻可可取為取為零，零，J3=Eb3計(jì)計(jì)算算：解：解：51/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer 0Eb1 J1 J2 J1 J3 J11 111A1 X1,3A1 X1,21 A1節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)1 052/9211A2 X 2,3 J2 J1 J2 J3 J2A1 X1,2Eb21 2 2 A2節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)2節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)3J3 Eb3傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer 確確定角系定角系數(shù)數(shù)根據(jù)已知幾何根據(jù)已知幾何條條件件，查查 圖圖9-7（P.399）可可知知X1,2 X 2,1 0.285X1,3 X 2,3 1 X1,2 1 0.285 0.71553/921 A10.2 21 22

23、A20.5 2 1 0.5 0.5m2 1.75m2A1 X1,22 0.28511 0.699m2A2 X 2,32 0.71511 0.699m2A1 X1,32 0.71511傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer 計(jì)計(jì)算熱算熱阻阻1 1 1 0.2 2.0m254/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer 計(jì)計(jì)算同溫算同溫度度下黑體下黑體輻輻射射力力 100 1100 44100 TEb1 C0 1 5.67 23 83.0110 83.01kW/m 7.348103 7.348kW/m 2 100 600 440 100 TE C 2 5.67 b2 300 4 459 W/m2

24、0.459 kW/m2 3 5.67 100b3 100 T4E C0 聯(lián)聯(lián)立求解立求解得得 6.437 kW/m212J 18.33kW/m2 , J55/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer于是，板于是，板1 1的凈輻射傳熱量的凈輻射傳熱量為為: :3331 2 b11 J83.0110 18.3310 32.3410 W 32.34 kW E1 11 A1板板2 2的凈輻射傳熱量的凈輻射傳熱量為為: :3332 0.5 b22 J7.34810 6.437 10 1.82210 W 1.822 kW E1 22 A2廠房墻壁的輻射傳熱量廠房墻壁的輻射傳熱量為為: :256/921

25、Eb3 J3 Eb3 J20.6990.69930.52 JE Jb11 Eb22 32.34103 W1.822103 W 34.16103 W 34.16 kW傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer例例9-6 假定假定例例9-5中的大房中的大房間的間的墻墻壁為壁為重重輻輻射射表面表面，在在 其其他條件他條件不不變時(shí)，變時(shí)，試試計(jì)算溫計(jì)算溫度度較高表較高表面面的凈輻的凈輻射射散散熱熱 量。量。57/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer解：本題把房間墻壁看作絕熱表面。其中解：本題把房間墻壁看作絕熱表面。其中 1.75m212121 12211,21A X A AR 1 1 2m2 , R

26、 1 2 0.5m2 , RR1,3 1 0.699m2 , R2,3 R1,3 0.699m2 0.7m2A1X1,3Eb1 83.01kW / m2 , Eb2 7.348kW / m2串、并聯(lián)電路部分的等效電阻串、并聯(lián)電路部分的等效電阻為為: 1.29m258/9211111ReqR1,2R1,3 R2,31.75m20.7m2 0.7m2故故1.29m2Req 1 0.78m2Eb1、Eb2間總熱間總熱阻阻 R R1 Req R2 2 0.78 0.5m 3.28m22溫度較高的表面的凈輻射散熱量為溫度較高的表面的凈輻射散熱量為333 3.28 b1b21,2 E E83.0110 7

27、.34810 23.0610 kW R傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat TransferT3 ?59/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer五五、幾點(diǎn)、幾點(diǎn)說(shuō)說(shuō)明明 表面數(shù)目的確定應(yīng)該表面數(shù)目的確定應(yīng)該以以熱邊界條熱邊界條件件為依為依據(jù)據(jù)， 而而不是根不是根據(jù)據(jù)幾何形幾何形狀狀而定；而定；頂頂 棚棚 1 門(mén)門(mén) 窗窗 墻墻2 地地 板板 4 其余側(cè)墻其余側(cè)墻360/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer 封封閉系統(tǒng)閉系統(tǒng)中中某一表某一表面面可能是可能是虛虛構(gòu)的構(gòu)的； 環(huán)境常?？梢宰鳝h(huán)境常常可以作為為一一個(gè)虛個(gè)虛構(gòu)構(gòu)表表面面且且常常認(rèn)常常認(rèn)為為是黑是黑體體1 A例例題題9-4P.410061/92傳熱

28、傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer 重輻重輻射面射面雖然雖然其自其自身凈身凈輻射輻射傳熱傳熱量為量為零零，但但 它對(duì)它對(duì)整個(gè)整個(gè)系統(tǒng)系統(tǒng)中其中其它表它表面的面的輻射輻射傳熱傳熱有有很很大大 影影響響；例題例題9-5&6如果表面如果表面3為為重輻重輻射射面面62/92如果表如果表面面3不不是重是重輻輻射射面面1 23.06 kW, 2 23.06 kW1 32.34 kW, 2 1.82 kW3 34.16 kW傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer63/929-4 氣體氣體輻輻射射一一、氣體、氣體輻輻射的特射的特點(diǎn)點(diǎn)1、不同種類(lèi)、不同種類(lèi)的氣的氣體體的輻的輻射射和和吸吸收能收能力力各不各不相相

29、同同 單原子氣單原子氣體體（Ar、He）和空）和空氣氣、O2、N2、 H2 等結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)等結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)的雙的雙原子原子氣體氣體沒(méi)有沒(méi)有輻輻射射和和 吸吸收能收能力力 多多原原子子氣氣體體以以及及結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)不不對(duì)對(duì)稱(chēng)稱(chēng)的的雙雙原原子子氣氣體體 有有相當(dāng)?shù)南喈?dāng)?shù)妮椵椛浔旧浔绢I(lǐng)領(lǐng)傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer64/922、氣體輻射、氣體輻射對(duì)波對(duì)波長(zhǎng)長(zhǎng)具有具有強(qiáng)強(qiáng)烈烈的的選擇選擇性性 每每一一種種氣氣體體只只有有在在一一定定的的波波長(zhǎng)長(zhǎng)范范圍圍內(nèi)內(nèi)才才有有 輻輻射和吸射和吸收收能能力力光帶光帶 O3可以全部吸收可以全部吸收波長(zhǎng)波長(zhǎng)小小于于0.3 m的紫外線的紫外線 工工程程燃燒的燃燒的主主要產(chǎn)要產(chǎn)物

30、物CO2、H2O（汽汽）的的 光帶均在波長(zhǎng)大于光帶均在波長(zhǎng)大于2.5 m處處，各有三各有三條條光光 帶帶，其中，其中有有兩條互兩條互相相重重疊疊傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer13.0 17.0m2.65 2.80mCO2 4.15 4.45m12.0 30.0m2.55 2.84mH2O5.60 7.60m65/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer66/923、氣體的輻、氣體的輻射和射和吸吸收是收是在在整整個(gè)個(gè)容積容積中中進(jìn)行進(jìn)行的的 吸吸收收： 輻輻射到氣射到氣體體層界面層界面上上的輻射的輻射能能在輻射在輻射行行程程 中中被吸收被吸收減減弱弱 減減弱的程弱的程度度取決于取決于輻

31、輻射強(qiáng)度射強(qiáng)度及及途中所途中所遇遇到到 的的分子數(shù)分子數(shù)目目 分分子數(shù)目子數(shù)目與與射線行射線行程程長(zhǎng)長(zhǎng)度度及及氣氣體密度體密度有有關(guān)關(guān)傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer 輻輻射射：氣氣體體層層界界面面上上所所感感受受到到的的輻輻射射能能為為到到達(dá)達(dá)該該 界界面上的面上的整整個(gè)容積個(gè)容積氣氣體的輻體的輻射射67/92研研究氣體究氣體輻輻射射發(fā)發(fā)射射率率吸吸收收比比必必須說(shuō)明須說(shuō)明氣氣體容積體容積的的形狀和形狀和大大小小傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer68/92二二、溫室、溫室效效應(yīng)應(yīng)1、溫室氣體、溫室氣體 地地球大氣球大氣中中起溫室起溫室作作用的氣用的氣體體二氧化二氧化碳碳、甲烷甲烷、

32、水、水蒸蒸氣氣、臭臭氧、氧、NOX、 氟氟利昂利昂等等 在在光帶范光帶范圍圍內(nèi)吸收內(nèi)吸收地地面發(fā)出面發(fā)出的的長(zhǎng)波輻長(zhǎng)波輻射射 以以長(zhǎng)長(zhǎng)波波輻輻射射的的形形式式通通過(guò)過(guò)“窗窗區(qū)區(qū)”散散失失部部分分 從太陽(yáng)獲得從太陽(yáng)獲得熱熱量量傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer69/922、溫室效應(yīng)、溫室效應(yīng) 全球地面平全球地面平均均溫溫度約度約為為15C 如果沒(méi)有大如果沒(méi)有大氣氣層層，則則地地面面平平均溫均溫度度約約為為-18C 太太陽(yáng)的短陽(yáng)的短波波輻輻射射 地地面長(zhǎng)波面長(zhǎng)波輻輻射射 大大氣層的氣層的更更長(zhǎng)波長(zhǎng)長(zhǎng)波長(zhǎng)輻輻射射傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer三三、氣體、氣體輻輻射規(guī)射規(guī)律律1、Beer定

33、律定律 沿沿途被吸途被吸收收而衰而衰減減 定定向輻射向輻射強(qiáng)強(qiáng)度度 研研究厚究厚度度為為dx 的氣的氣 體體薄薄層層IdI , x , x dx70/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat TransferI71/92dI ,x ,x K dx K 為光譜為光譜減減弱弱系系數(shù)數(shù) 與與氣體的氣體的種種類(lèi)類(lèi)、密、密度度有有關(guān)關(guān) 與與投入輻投入輻射射的波長(zhǎng)的波長(zhǎng)有有關(guān)關(guān)當(dāng)氣體的溫當(dāng)氣體的溫度度和和壓力壓力為為常常數(shù)數(shù)時(shí)時(shí)， K 為為常常數(shù)數(shù)傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat TransferI ,s72/92dI ,x0I ,xK dxsI ,0 K sI ,s I ,0es 是輻射通過(guò)的路是輻射通過(guò)的路程程長(zhǎng)長(zhǎng)度度，常常稱(chēng)稱(chēng)

34、之為之為射射線線程程長(zhǎng)長(zhǎng) 定向輻射強(qiáng)度在吸收性氣體中傳播定向輻射強(qiáng)度在吸收性氣體中傳播時(shí)時(shí)呈呈指指數(shù)數(shù) 規(guī)規(guī)律衰律衰減減傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer2、氣體輻射、氣體輻射的光的光譜譜穿透穿透比比I Ie K s,s ,0I ,s e K sI ,073/92 , s e K s傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer3、氣體輻射、氣體輻射的光的光譜譜吸收吸收比比和和光光譜發(fā)譜發(fā)射射率率74/92 , s e K s(, s) 1 (, s) 1 eK s (, s) (, s) 1 eK s (, s) (, s) s 1傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer 工程工程上關(guān)上關(guān)心的心的

35、是確是確定氣定氣體所體所有光有光帶內(nèi)帶內(nèi)輻射輻射能能量量的的 總和總和 需需要首先要首先確確定氣體定氣體的的發(fā)射發(fā)射率率 g 然后利然后利用用 AT 4計(jì)算氣體的發(fā)計(jì)算氣體的發(fā)射射輻輻射射gg 由由于氣體于氣體的的容積輻容積輻射射特特性性， g 與與射線程射線程長(zhǎng)長(zhǎng)關(guān)關(guān)s系密系密 切，切，而而s取決取決于氣于氣體體容積容積的的形形狀狀和尺和尺寸寸75/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer76/92傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer77/92四四、平均、平均射射線行程線行程長(zhǎng)長(zhǎng)度度1、當(dāng)量半球、當(dāng)量半球 半球內(nèi)的氣體具有與所研究的情況相半球內(nèi)的氣體具有與所研究的情況相同同的的 溫度、壓

36、力和成分溫度、壓力和成分時(shí)時(shí)，該半球內(nèi)氣體該半球內(nèi)氣體對(duì)對(duì)球球 心的輻射力等于所研究的情況下氣體心的輻射力等于所研究的情況下氣體對(duì)對(duì)指指 定定地點(diǎn)的地點(diǎn)的輻輻射射力力2、平均射線平均射線程程長(zhǎng)長(zhǎng) 當(dāng)量半球的半徑稱(chēng)為該容器對(duì)器壁上當(dāng)量半球的半徑稱(chēng)為該容器對(duì)器壁上指指定定 地地點(diǎn)的平點(diǎn)的平均均射線程射線程長(zhǎng)長(zhǎng)傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat TransferA78/92s 3.6V 表表9-3（P.422）給給出出了不同了不同幾幾何形狀何形狀的的容容 器器對(duì)不同對(duì)不同地地點(diǎn)的平點(diǎn)的平均均射線程射線程長(zhǎng)長(zhǎng) 很多情況很多情況下下，很難獲得準(zhǔn)確的平均射，很難獲得準(zhǔn)確的平均射線線程程 長(zhǎng)長(zhǎng)，怎么，怎么辦辦？傳熱傳熱學(xué)

37、學(xué)Heat Transfer79/92由由于工程于工程上上的需求的需求，經(jīng)常需經(jīng)常需要要強(qiáng)化或強(qiáng)化或削削弱輻弱輻射射 傳傳熱熱。一一、措施、措施或或方方法法1、改變換熱、改變換熱表面表面的的發(fā)射發(fā)射率率或或吸吸收收比比 改改變表面變表面輻輻射熱射熱阻阻9-5 輻射輻射傳熱的強(qiáng)化傳熱的強(qiáng)化與與削削弱弱傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer80/92（1）保溫瓶）保溫瓶膽鍍膽鍍銀銀2 2戶(hù)外變戶(hù)外變壓器壓器涂涂淺色淺色油油漆漆3 3空調(diào)室空調(diào)室外機(jī)外機(jī)的的顏顏色色為什么冰箱會(huì)有為什么冰箱會(huì)有彩彩色色（深深色色的的）？）？4 4夏季冬夏季冬季服季服飾飾顏顏色色 改變表面發(fā)射率首先應(yīng)改變對(duì)輻射傳改變表面發(fā)射率首先應(yīng)改變對(duì)輻射傳熱熱影影 響響最大的最大的表表面的發(fā)面的發(fā)射射率率傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Transfer2、改變換熱、改變換熱表面表面間間的角的角系系數(shù)數(shù)3、利用遮熱利用遮熱板板thermal radiation shield 這這是綜是綜合、合、有效的有效的方方法法 重重點(diǎn)內(nèi)點(diǎn)內(nèi)容容！A1 X1,281/92A11A2 2Eb1 Eb21 1 1 1 21,2 1 A1Eb1 Eb 2 1,2傳熱傳熱學(xué)學(xué)Heat Trans