傳熱學(xué)講稿PPT課件

1、氣體輻射的特點氣體輻射的特點 選擇性：氣體輻射對波長有選擇性，它只在某些波段范圍內(nèi)具有輻射能力，相應(yīng)地也只在同樣的波段內(nèi)才具有吸收能力。通常把這種有輻射能力的波長區(qū)域稱為光帶。在光帶以外，氣體既不輻射也不吸收，對熱輻射呈現(xiàn)透明體的性質(zhì)。 整體性：氣體的輻射和吸收是在整個容器中進(jìn)行的，就吸收而言，投射到氣體層界面上的輻射能要在輻射進(jìn)程中被吸收減弱。就輻射而言，氣體層界面上所感受到的輻射是到達(dá)界面上的整個容積氣體的輻射。 第1頁/共28頁二氧化碳和水蒸氣的主要光帶二氧化碳和水蒸氣的主要光帶 二氧化碳的主要光帶有三段 水蒸氣的主要光帶也有三段m0 .170 .13m45. 415. 4m80. 26

2、5. 2m0 .300 .12m6 . 76 . 5m84. 255. 2第2頁/共28頁光帶的特點光帶的特點 這些光帶均位于紅外線的波長范圍； 二氧化碳和水蒸氣的光帶有兩處是重疊的。 由于氣體輻射對波長有選擇性，所以氣體不能被認(rèn)為是灰體。第3頁/共28頁氣體的吸收氣體的吸收 氣體的吸收是在整個容積中進(jìn)行的，因此一定和氣體的形狀和容積的大小有關(guān)。 當(dāng)輻射能通過吸收性氣體層時，因沿途被氣體吸收而削弱。削弱的程度取決于輻射強(qiáng)度及途中所遇到的氣體分子數(shù)目。 而氣體分子數(shù)目一定和射線的行程及氣體的密度有關(guān)。 演示：氣體的吸收過程 第4頁/共28頁氣體吸收特性的計算氣體吸收特性的計算 考察當(dāng)一束波長為的

3、輻射能投射到氣體層界面上時被吸收的情況。 通過微元氣體層dx后光譜輻射強(qiáng)度減少了 分析表明，輻射強(qiáng)度的相對 減少量 正比于氣體層的 厚度dx，即 xdL,LdL/dxkLdLxx,第5頁/共28頁 上式中的 稱為光譜減弱系數(shù)，它取決于氣體的種類、密度和波長。當(dāng)氣體溫度和壓力為常數(shù)時，其也為常數(shù)，此時對上面的式子積分可得到 上式即被稱為貝爾定律。表明光譜輻射強(qiáng)度在吸收性氣體中傳播時按指數(shù)規(guī)律衰減。 ksLLxxdxkLdLs0,0,skLLs0,lnskseLL0,skseLL0,第6頁/共28頁氣體光譜吸收比的計算氣體光譜吸收比的計算 觀察 對于氣體，其反射率為零，所以有 從上面的式子可以看出

4、，氣體層的厚度越后，透過的輻射能越少，或者說氣體吸收的輻射能越多，其吸收比越趨近于1。但是工程中所遇到的氣體輻射一般而言達(dá)不到這種程度。 sksessLL，投入的總輻射強(qiáng)度的輻射強(qiáng)度透過氣體層0,1,ssskes1,第7頁/共28頁氣體光譜發(fā)射率的計算氣體光譜發(fā)射率的計算 將基爾霍夫定律應(yīng)用于光譜輻射 ，可以得到氣體的光譜發(fā)射率 上式說明，氣體在發(fā)射輻射能時，也與波長和方向有關(guān)。 上面討論的就是某個特定波長的輻射能在某個特定方向上在氣體中的傳遞過程。 skess1,第8頁/共28頁氣體輻射力的計算氣體輻射力的計算 氣體輻射力的定義：單位時間、單位面積氣體在所有光帶范圍內(nèi)輻射能的總和稱為氣體的輻

5、射力。用符號 表示 ，其大小可由實驗測定。 按照發(fā)射率的定義，氣體的發(fā)射率就等于氣體的輻射力與同溫度下黑體的輻射力之比，即 所以，氣體的輻射力可由下面的公式計算gEbggEEbggEE第9頁/共28頁氣體的發(fā)射率氣體的發(fā)射率 氣體的發(fā)射率取決于氣體氣體的種類，不同氣體有不同的發(fā)射率。 對同一種氣體的發(fā)射率，其大小與氣體的狀態(tài)、氣體容積的形狀等有關(guān)。 這主要是由于氣體輻射具有整體性。所以輻射力與射線行程的長度（簡稱射線程長）有關(guān)，而射線程長取決于氣體容積的形狀和大小。 第10頁/共28頁輻射力與射線程長有關(guān)輻射力與射線程長有關(guān) 從容器不同方向輻射到A或B處的射線程長是不同的。 對氣體形狀如采用當(dāng)

6、量半球的處理方法，就可以以當(dāng)量半球的半徑作為平均射線程長。第11頁/共28頁當(dāng)量半球當(dāng)量半球 所謂當(dāng)量半球，是指半球 內(nèi)的氣體具有與所研究的 情況相同的溫度、壓力和 成分時，該半球內(nèi)氣體對 球心的輻射力，等于所研 究情況下氣體對指定地區(qū)的輻射力。 實用上正是采用這種當(dāng)量半球半徑作為指定地區(qū)的平均射線程長的方案。第12頁/共28頁平均程長的計算平均程長的計算 幾種典型幾何容積的氣體對整個包壁或?qū)δ骋恢付ǖ貐^(qū)的平均射線程長列于表8-1中。 在缺少資料的情況下，任意幾何形狀氣體對整個包壁輻射的平均射線程長可按下式計算 使用表8-1時要注意，平均射線程長的數(shù)值取決于所討論容器的幾何形狀與大??；對于同一

7、幾何形狀，平均射線程長還與被輻射的表面在容器壁面上位置有關(guān)。 包壁面積氣體容積3.66 . 3AVs第13頁/共28頁氣體發(fā)射率的計算氣體發(fā)射率的計算 氣體對容器壁的平均輻射力或?qū)ζ鞅谏夏骋恢付ǖ攸c的輻射力受氣體溫度、成分和沿途吸收性氣體分子數(shù)目等因素的影響。而沿途氣體分子數(shù)顯然與氣體壓力和平均射線程長的乘積有關(guān)。于是，可以寫出 其具體的關(guān)系式可由實驗來測定，并且將實驗結(jié)果繪制成曲線圖 可供查用。psTfgg,第14頁/共28頁氣體發(fā)射率計算曲線氣體發(fā)射率計算曲線第15頁/共28頁修正系數(shù)曲線修正系數(shù)曲線第16頁/共28頁氣體發(fā)射率計算曲線氣體發(fā)射率計算曲線第17頁/共28頁修正系數(shù)曲線修正系

8、數(shù)曲線第18頁/共28頁關(guān)于線算圖的說明關(guān)于線算圖的說明 這些圖都是以氣體溫度為橫坐標(biāo)，某種氣體的分壓力和平均射線程長的乘積為參考坐標(biāo)，縱坐標(biāo)即為該種氣體的分壓力為零，而氣體總壓力為 時的發(fā)射率 。而該種氣體的發(fā)射率為 當(dāng)氣體中同時存在水蒸氣和二氧化碳?xì)怏w時，則氣體的發(fā)射率為 Pa105p*C*COCO*OHOH2222CCg第19頁/共28頁 的線算圖的線算圖第20頁/共28頁氣體吸收比的計算氣體吸收比的計算 因為氣體不是灰體，而且其溫度與外殼溫度也不一定相等，所以氣體的吸收比不等于發(fā)射率，即不滿足基爾霍夫定律。 水蒸氣和二氧化碳共存的混合氣體對黑體外殼輻射的吸收比可按下面的公式計算*COC

9、O*OHOH2222CCg45. 0/,*OH*OHO2H22wgTTspTTTgww65. 0/,*CO*CO2CO22wgTTspTTTgwwwT第21頁/共28頁氣體與黑體外殼之間輻射換熱的計氣體與黑體外殼之間輻射換熱的計算算 氣體與黑體外殼之間輻射換熱量的計算公式為 如果外殼不是黑體而是灰體，則此時的計算就要復(fù)雜得多，這里不再敘述。 44,10010067. 5wgggwbggbgTTEEq第22頁/共28頁本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 角系數(shù)的概念、性質(zhì)和計算； 有效輻射、投入輻射、表面凈輻射、表面間的輻射換熱、表面輻射熱阻、空間輻射熱阻等概念； 兩個黑表面間輻射換熱的計算； 兩個灰表面

10、間的輻射換熱計算； 輻射網(wǎng)絡(luò)圖； 多個灰表面間輻射換熱的計算； 氣體輻射的特點。第23頁/共28頁基本要求基本要求 會利用角系數(shù)的線算圖查取特殊表面間的角系數(shù)值； 會應(yīng)用角系數(shù)的性質(zhì)計算角系數(shù)； 會正確畫出多表面間輻射換熱的網(wǎng)絡(luò)圖； 會計算多表面間的輻射換熱量； 掌握強(qiáng)化和削弱輻射換熱的方法和原則； 了解氣體輻射的特點； 了解氣體發(fā)射率和吸收率的計算方法； 了解氣體與黑體外殼間輻射換熱的計算方法。第24頁/共28頁課堂練習(xí)題課堂練習(xí)題 在兩個平行放置的相距很近的大平板1和2中間，插入一塊很薄且兩個表面發(fā)射率不等的第三塊平板。已知如圖。當(dāng)板3的A面朝向表面1時，板3的穩(wěn)定溫度為176.4C；當(dāng)板3的B面朝向表面1時，板3的穩(wěn)定溫度為255.5C。試確定板3表面A、B各自的發(fā)射率。5 . 0K57311T8 . 0K37322TAB123第25頁/共28頁解：111111111111223131223131AbbBbbBbbAbbEEEEEEEE248411W/m2 .61125731067. 5TEb248422W/m5 .10973731067. 5TEb248433W/m7 .23124 .4491067. 5TEb248