第9章 輻射傳熱的計算

1、傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 12022年年6月月30日日第第9 9章章 輻射傳熱的計算輻射傳熱的計算9.1 9.1 輻射傳熱的角系數(shù)輻射傳熱的角系數(shù)9.1.1 9.1.1 角系數(shù)的定義及計算假定角系數(shù)的定義及計算假定兩表面間的輻射傳熱與相對位置有關(guān)。兩表面間的輻射傳熱與相對位置有關(guān)。兩種極限情形：兩種極限情形：定義，定義，角系數(shù)角系數(shù) ：即表面即表面 1 發(fā)出發(fā)出的輻射能中，的輻射能中，落到落到表面表面 2 上的百分比。上的百分比。2, 1X122, 1EEX 傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 22022年年6月月30日日簡化討論，假設(shè)：簡化討論，假設(shè)： 表面為漫射表面（各方向均勻輻射）；表

2、面為漫射表面（各方向均勻輻射）； 表面上各點均勻輻射（表面上各點均勻輻射（ ）。）。常量常量 q因此：因此： 角系數(shù)是幾何因子，與表面溫度、發(fā)射率無關(guān)。角系數(shù)是幾何因子，與表面溫度、發(fā)射率無關(guān)。 后面的討論，都假設(shè)為黑體，也適用于漫灰表面。后面的討論，都假設(shè)為黑體，也適用于漫灰表面。傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 32022年年6月月30日日1 2 9.1.2 9.1.2 角系數(shù)的性質(zhì)角系數(shù)的性質(zhì)1. 1. 角系數(shù)的相對性角系數(shù)的相對性（1 1） 兩個微元表面兩個微元表面 和和 （黑體）（黑體） 1dA1dA 對應(yīng)的立體角：對應(yīng)的立體角：2dA22221cosdddrArAc 方向可見輻射面積

3、：方向可見輻射面積：2dA11cosd A發(fā)發(fā)出出的的輻輻射射能能上上的的輻輻射射能能落落到到122, 1ddAAXdd 傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 42022年年6月月30日日1 2 1111112, 1ddcosdAEAIXbbdd 2212coscosdrA 11bbIE 同理：同理：22111,2coscosdrAXdd 1,222, 11ddddddXAXA 傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 52022年年6月月30日日（2 2） 兩個有限表面兩個有限表面 與與 （黑體）（黑體） 1A2A換熱量：換熱量： 1 ,2222, 1112, 1XEAXEAbb 熱平衡時：熱平衡時： ，

4、02, 1 2121bbEETT 1 ,222, 11XAXA 傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 62022年年6月月30日日2. 2. 角系數(shù)的完整性角系數(shù)的完整性1, 12, 11 , 1 nXXX對封閉系統(tǒng)：對封閉系統(tǒng)：11, 1 niiX注意：注意： 表面表面 1 1 為為凸表面凸表面 表面表面 1 1 為為凹表面凹表面01 , 1 X01 , 1 X傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 72022年年6月月30日日3. 3. 角系數(shù)的可加性角系數(shù)的可加性（1 1）表面）表面 1 1 對表面對表面 2 2 的輻射的輻射bbabbXEAXEAXEA2, 1112, 1112, 111 baXXX

5、2, 12, 12, 1 niiXX12, 12, 1即：角系數(shù)的第二個角標(biāo)，具有可加性。即：角系數(shù)的第二個角標(biāo)，具有可加性。（2 2）表面）表面 2 2 對表面對表面 1 1 的輻射的輻射1 ,2221 ,2221 ,222bbbababXEAXEAXEA 221 ,2221 ,21 ,2AAXAAXXbbaa 傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 82022年年6月月30日日1 2 9.1.3 9.1.3 角系數(shù)的計算方法角系數(shù)的計算方法1. 1. 直接積分法直接積分法兩微元表面兩微元表面 和和 ： 1dA2dA22212, 1dcoscosrAXdd 222212, 1dcoscosAdrAX

6、 121222112, 1ddcoscosAAArAAX 122122112, 1ddcoscos1AArAAAX 傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 92022年年6月月30日日傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 102022年年6月月30日日傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 112022年年6月月30日日lrR22 1rl傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 122022年年6月月30日日2. 2. 代數(shù)分析法代數(shù)分析法（1 1）三個凸表面，垂直方向無限延伸）三個凸表面，垂直方向無限延伸封閉系統(tǒng)封閉系統(tǒng)完整性：完整性：13, 12, 1 XX13,21 ,2 XX12,31 ,3 XX相對性：相對性：1

7、,222, 11XAXA 1 ,333, 11XAXA 2,333,22XAXA 解方程，可得解方程，可得 6 6 個角系數(shù)：個角系數(shù)：13212, 12AAAAX 垂直方向長度相同：垂直方向長度相同：13212, 12llllX （ 為輻射面長度）為輻射面長度）l傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 132022年年6月月30日日（2 2）兩個不相交凸表面，垂直方向無限延伸）兩個不相交凸表面，垂直方向無限延伸與側(cè)面一起構(gòu)成封閉系統(tǒng)與側(cè)面一起構(gòu)成封閉系統(tǒng)bdabacabcdabXXX,1 完整性：完整性： abbcacabXacab2, 封閉系統(tǒng)封閉系統(tǒng) abcabc ： abadbdabXbdab

8、2, 封閉系統(tǒng)封閉系統(tǒng) abdabd ： 解得：解得： abbdacadbcXcdab2, 的的斷斷面面長長度度表表面面不不交交叉叉線線之之和和交交叉叉線線之之和和12, 12AX 傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 142022年年6月月30日日P404例題例題9-1 試確定如圖所示的試確定如圖所示的表面表面 1 對對表面表面 2 的角系數(shù)的角系數(shù)X1,2。解解： 表面表面 2 2 對表面對表面 A Am5 . 1 X，m5 . 2 Y，m1 Z67. 0 XZ，67. 1 XY10. 0,2 AX 表面表面 2 2 對表面（對表面（1+A1+A）m5 . 1 X，m5 . 2 Y，m2 Z33

9、. 1 XZ，67. 1 XY15. 0)1( ,2 AX傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 152022年年6月月30日日 由可加性：由可加性： AAXXX,21 ,21,2 05. 0,21,21 ,2 AAXXX由相對性：由相對性：125. 0121 ,22, 1 AAXX傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 162022年年6月月30日日9.2 9.2 兩表面封閉系統(tǒng)的輻射傳熱兩表面封閉系統(tǒng)的輻射傳熱9.2.1 9.2.1 封閉腔模型及兩黑體表面組成的封閉腔封閉腔模型及兩黑體表面組成的封閉腔注：兩表面之間為真空或透熱介質(zhì)（如空氣）注：兩表面之間為真空或透熱介質(zhì)（如空氣）1. 1. 封閉腔模型封閉

10、腔模型一個表面的輻射傳熱涉及：一個表面的輻射傳熱涉及： 表面發(fā)出的輻射能（自身表面）；表面發(fā)出的輻射能（自身表面）； 投入到表面的輻射能（周圍環(huán)境中的表面）。投入到表面的輻射能（周圍環(huán)境中的表面）。封閉腔封閉腔： 所研究的表面與周圍環(huán)境中的各表面組成封閉系統(tǒng)。所研究的表面與周圍環(huán)境中的各表面組成封閉系統(tǒng)。 例如：兩個無限接近的平行板。例如：兩個無限接近的平行板。傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 172022年年6月月30日日2. 2. 兩黑體表面封閉系統(tǒng)的輻射傳熱兩黑體表面封閉系統(tǒng)的輻射傳熱垂直方向無限延伸垂直方向無限延伸二維系統(tǒng)二維系統(tǒng)凈輻射傳熱量：凈輻射傳熱量：1 ,2222, 1112,

11、1XEAXEAbb 212, 11bbEEXA 2, 11212, 11XAEEbb 兩表面兩表面勢差勢差空間輻射熱阻空間輻射熱阻傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 182022年年6月月30日日9.2.2 9.2.2 有效輻射有效輻射1. 1. 有效輻射的定義有效輻射的定義投入輻射投入輻射 ：單位時間，投入到單位表面積上的總輻射能。：單位時間，投入到單位表面積上的總輻射能。G有效輻射有效輻射 ：單位時間，離開表面單位表面積的總輻射能。：單位時間，離開表面單位表面積的總輻射能。J注意：兩者都為總輻射能，包括自身輻射和反射。注意：兩者都為總輻射能，包括自身輻射和反射。對輻射特性為常數(shù)的表面對輻射特性

12、為常數(shù)的表面 1 ： 11111GEb 1J1G11bE 11G 11G 1aabb1111GEJ 傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 192022年年6月月30日日2. 2. 有效輻射與輻射傳熱量的關(guān)系有效輻射與輻射傳熱量的關(guān)系1J1G11bE 11G 11G 1aabb從外部：從外部： 傳熱量傳熱量11GJq 從內(nèi)部：從內(nèi)部： 傳熱量傳熱量1111GEqb 消去消去 ，并且，并且 ：1G11 AJEAqb 1表面表面勢差勢差表面輻射熱阻表面輻射熱阻注意：注意： 同一表面，省去角標(biāo)；同一表面，省去角標(biāo)； 放熱為正值放熱為正值 。0 q傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 202022年年6月月30日日

13、9.2.3 9.2.3 兩個漫灰表面組成的封閉腔的輻射傳熱兩個漫灰表面組成的封閉腔的輻射傳熱假定：漫灰表面，垂直方向無限延伸假定：漫灰表面，垂直方向無限延伸兩表面之間的輻射傳熱量：兩表面之間的輻射傳熱量：1 ,2222, 1112, 1XJAXJA 表面表面 1 和表面和表面 2 輻射：輻射：111112, 11AJEb 222221 ,21AJEb ，封閉腔能量守恒：封閉腔能量守恒：1 ,22, 1 傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 212022年年6月月30日日解得：解得：2222, 11111212, 1111AXAAEEbb 表面勢差表面勢差各環(huán)節(jié)熱阻各環(huán)節(jié)熱阻改寫：改寫： 212, 1

14、12, 1bbsEEXA 11111121 ,212, 1 XXs注：注： 系統(tǒng)發(fā)射率系統(tǒng)發(fā)射率，反映多次反射與吸收對傳熱的影響。，反映多次反射與吸收對傳熱的影響。s 傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 222022年年6月月30日日三種特殊情形：三種特殊情形： 表面表面 1 1 為非凹表面：為非凹表面：12, 1 X 11122112112, 1 AAEEAbb 無限大平行平板：無限大平行平板： ，11 ,22, 1 XX 111212112, 1 bbEEA121 AA傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 232022年年6月月30日日 表面表面 1 1 為非凹表面，并且為非凹表面，并且 ：12,

15、1 X 21112, 1bbEEA 021AA21AA ，注：測量黑度實驗。注：測量黑度實驗。傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 242022年年6月月30日日P408例題例題9-2 液氧儲存容器為雙壁鍍銀的夾層結(jié)構(gòu)，外壁內(nèi)表面液氧儲存容器為雙壁鍍銀的夾層結(jié)構(gòu)，外壁內(nèi)表面溫度溫度tw1=20oC，內(nèi)壁外表面溫度，內(nèi)壁外表面溫度tw2=183oC，鍍銀壁的發(fā)射率，鍍銀壁的發(fā)射率=0.02。試計算由于輻射傳熱每單位面積容器壁的散熱量。試計算由于輻射傳熱每單位面積容器壁的散熱量。解解：無限大平行平板：無限大平行平板11121212, 1 bbEEq11110010021420410 wwTCTC2mW1

16、8. 4 傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 252022年年6月月30日日P409例題例題9-3 一根直徑一根直徑d=50mm、長度、長度l=8m的鋼管，被置于橫斷面的鋼管，被置于橫斷面為為0.2m0.2m的磚槽道內(nèi)。若鋼管溫度和發(fā)射率分別為的磚槽道內(nèi)。若鋼管溫度和發(fā)射率分別為t1=250oC、1 1=0.79，磚槽壁面溫度和發(fā)射率分別為，磚槽壁面溫度和發(fā)射率分別為t2=27oC、2 2=0.93，試計，試計算該鋼管的輻射散熱損失。算該鋼管的輻射散熱損失。解解： ，可看成封閉系統(tǒng)，可看成封閉系統(tǒng)dl 鋼管為非凹表面：鋼管為非凹表面：12, 1 X 114110001001112142410221

17、12112, 1 aldlTTdlCAAEEAbbW3710 傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 262022年年6月月30日日P410例題例題9-4 一直徑一直徑d=0.75m的圓筒形埋地式加熱爐采用電加熱方的圓筒形埋地式加熱爐采用電加熱方法加熱，如圖。在操作過程中需要將爐子頂蓋移去一段時間，設(shè)法加熱，如圖。在操作過程中需要將爐子頂蓋移去一段時間，設(shè)此時筒身溫度為此時筒身溫度為500K，筒底為，筒底為650K。環(huán)境溫度為。環(huán)境溫度為300K。試計算頂。試計算頂蓋移去期間單位時間內(nèi)的熱損失。設(shè)筒身及底部均可作為黑體。蓋移去期間單位時間內(nèi)的熱損失。設(shè)筒身及底部均可作為黑體。解解：側(cè)面和底面為黑體，：

18、側(cè)面和底面為黑體， 開口輻射會被外界全部吸收，也為黑體，開口輻射會被外界全部吸收，也為黑體， 三個表面組成黑體封閉系統(tǒng)。三個表面組成黑體封閉系統(tǒng)。 側(cè)面對開口的輻射：側(cè)面對開口的輻射： 323,223,2bbEEXA 底面對開口的輻射：底面對開口的輻射： 313, 113, 1bbEEXA 傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 272022年年6月月30日日 313, 11323,223, 13,2bbbbEEXAEEXA 角系數(shù)計算：角系數(shù)計算：底面對開口：底面對開口：25. 05 . 1375. 02 lr4375. 05 . 11 rl06. 03, 1 X底面對側(cè)面：底面對側(cè)面：94. 01

19、3, 12, 1 XX118. 0422, 1212, 11 ,2 dldXAAXX 118. 01 ,23,2 XX側(cè)面對開口：側(cè)面對開口：W1542 傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 282022年年6月月30日日9.3.1 9.3.1 兩表面換熱系統(tǒng)的輻射網(wǎng)絡(luò)兩表面換熱系統(tǒng)的輻射網(wǎng)絡(luò)1. 1. 一個灰體表面一個灰體表面多表面系統(tǒng)多表面系統(tǒng) ：封閉系統(tǒng)，一個表面與多個表面有輻射傳熱。：封閉系統(tǒng)，一個表面與多個表面有輻射傳熱。9.3 9.3 多表面系統(tǒng)的輻射傳熱多表面系統(tǒng)的輻射傳熱JGbE G G AJEb 1電勢差電勢差表面熱阻表面熱阻式中，式中， 源電勢源電勢； 節(jié)點電勢節(jié)點電勢。bEJ仿

20、照電學(xué)，等效網(wǎng)絡(luò)圖：仿照電學(xué)，等效網(wǎng)絡(luò)圖：傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 292022年年6月月30日日2. 2. 兩個灰體表面兩個灰體表面1 ,2222, 1112, 1XJAXJA 212, 11JJXA 2, 11212, 11XAJJ 電勢差電勢差空間熱阻空間熱阻等效網(wǎng)絡(luò)圖：等效網(wǎng)絡(luò)圖：傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 302022年年6月月30日日3. 3. 兩個灰體表面組成的封閉系統(tǒng)兩個灰體表面組成的封閉系統(tǒng)2222, 11111212, 1111AXAAEEbb 等效網(wǎng)絡(luò)圖：等效網(wǎng)絡(luò)圖：傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 312022年年6月月30日日9.3.2 9.3.2 多表面封閉

21、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)法求解的實施步驟多表面封閉系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)法求解的實施步驟（1 1）畫出等效的網(wǎng)絡(luò)圖）畫出等效的網(wǎng)絡(luò)圖每個表面：源電勢每個表面：源電勢 ，bEA 1兩表面間：空間熱阻兩表面間：空間熱阻 。2, 111XA表面熱阻表面熱阻 ，J節(jié)點電勢節(jié)點電勢 ；注意：注意：傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 322022年年6月月30日日（2 2）列出節(jié)點的電流方程）列出節(jié)點的電流方程 （基爾霍夫定律）（基爾霍夫定律）0111:3, 11132, 1112111111 XAJJXAJJAJEJb 0111:3,22232, 1121222222 XAJJXAJJAJEJb 0111:3,22323, 113133

22、3333 XAJJXAJJAJEJb 傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 332022年年6月月30日日（3 3）解方程組，可得表面有效輻射）解方程組，可得表面有效輻射 、 、 ；1J2J3J（4 4）求出每個表面的凈輻射傳熱量）求出每個表面的凈輻射傳熱量iiiibiiAJE 19.3.3 9.3.3 三表面封閉系統(tǒng)的兩種特殊情形三表面封閉系統(tǒng)的兩種特殊情形（1 1）一個表面為黑體）一個表面為黑體 ：13 01333 A 433TEJb 傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 342022年年6月月30日日（2 2）一個表面絕熱）一個表面絕熱 ：03 01333333 AJEb ，33bEJ （溫度未知）

23、（溫度未知）重輻射面重輻射面： 溫度未知溫度未知 。 例如鍋爐的耐火墻。例如鍋爐的耐火墻。03 傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 352022年年6月月30日日三個表面的封閉系統(tǒng)，其中有重輻射面：三個表面的封閉系統(tǒng)，其中有重輻射面： tbbREE212, 1 eqtRAAR 22211111 3,223, 112, 11111111XAXAXAReq 傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 362022年年6月月30日日P415例題例題9-5 兩塊尺寸為兩塊尺寸為1m2m、間距為、間距為1m的平行平板置于室的平行平板置于室溫溫t3=27oC的大廠房內(nèi)。平板背面不參與換熱。已知兩板的溫度和的大廠房內(nèi)。平板

24、背面不參與換熱。已知兩板的溫度和發(fā)射率分別為發(fā)射率分別為t1=827oC、t2=327oC和和1 1=0.2、2 2=0.5，試計算每塊，試計算每塊板的凈輻射散熱量及廠房墻壁所得到的輻射熱量。板的凈輻射散熱量及廠房墻壁所得到的輻射熱量。解解：三個灰體表面組成封閉系統(tǒng)。：三個灰體表面組成封閉系統(tǒng)。1A2Am1m1m23A廠房面積廠房面積 較大：較大： ， 3A01333 A 33bEJ 傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 372022年年6月月30日日1A2Am1m1m23A 角系數(shù)：角系數(shù)： 285. 01 ,22, 1 XX715. 012, 13,23, 1 XXX 熱阻：熱阻： 2111m0

25、 . 21 A ， 2222m5 . 01 A 22, 11m75. 11 XA23, 11m699. 01 XA， ， 23,22m699. 01 XA傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 382022年年6月月30日日 源點電勢：源點電勢： 234101mW1001.83100 TCEb234202mW10348. 7100 TCEb234303mW10459. 0100 TCEb 電流方程：電流方程： 33bEJ 1bE2bE0699. 075. 10 . 2131211 JEJJJEbb05 . 0699. 075. 1222321 JEJEJJbb21mkW33.18 J22mkW347.

26、 6 J傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 392022年年6月月30日日 輻射傳熱量：輻射傳熱量： kW34.321111111 AJEb kW822. 11222222 AJEb 699. 0699. 023133JEJEbb 33bEJ 1bE2bE kW16.3421 傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 402022年年6月月30日日P417例題例題9-6 假設(shè)例題假設(shè)例題9-5重大房間的墻壁為重輻射表面，在其他重大房間的墻壁為重輻射表面，在其他條件不變時，試計算溫度較高表面的凈輻射散熱量。條件不變時，試計算溫度較高表面的凈輻射散熱量。解解：廠房墻壁為絕熱表面：廠房墻壁為絕熱表面： ，但，但

27、未知。未知。33bEJ 3T21111m21 AR 22222m5 . 01 AR 22, 112, 1m75. 11 XAR23, 113, 1m699. 01 XAR，23,223,2m699. 01 XAR1R2R傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 412022年年6月月30日日1R2R并聯(lián)部分等效熱阻為：并聯(lián)部分等效熱阻為：3,23, 12, 1111RRRReq 2m78. 0 eqR總熱阻為：總熱阻為：221m28. 3 RRRReqt凈輻射散熱量為：凈輻射散熱量為：W10306. 24212, 1 tbbREE 傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 422022年年6月月30日日9.4 9

28、.4 氣體輻射的特點及計算氣體輻射的特點及計算透明氣體：分子結(jié)構(gòu)對稱的雙原子氣體，空氣、氫氣等。透明氣體：分子結(jié)構(gòu)對稱的雙原子氣體，空氣、氫氣等。輻射氣體：分子結(jié)構(gòu)不對稱的雙原子氣體、多原子氣體，輻射氣體：分子結(jié)構(gòu)不對稱的雙原子氣體、多原子氣體， 水蒸氣、二氧化碳、二氧化硫、一氧化碳、臭氧、甲烷等。水蒸氣、二氧化碳、二氧化硫、一氧化碳、臭氧、甲烷等。 燃燒產(chǎn)物常含有水蒸汽、二氧化碳，重點介紹其輻射。燃燒產(chǎn)物常含有水蒸汽、二氧化碳，重點介紹其輻射。9.4.1 9.4.1 氣體輻射的特點氣體輻射的特點1. 1. 氣體輻射對波長具有選擇性氣體輻射對波長具有選擇性光帶光帶：氣體輻射對波長具有強烈的選擇

29、性。：氣體輻射對波長具有強烈的選擇性。 氣體在某些波長區(qū)段具有較強的輻射和吸收能力，氣體在某些波長區(qū)段具有較強的輻射和吸收能力， 這些波長區(qū)段被稱為光帶。光帶以外，氣體是透明體。這些波長區(qū)段被稱為光帶。光帶以外，氣體是透明體。傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 432022年年6月月30日日 臭氧：全部吸收波長小于臭氧：全部吸收波長小于 的紫外線；的紫外線；m3 . 0 COCO2 2 ： 、 、m80. 265. 2m45. 415. 4m0 .170 .13 H H2 2O O ： 、 、m84. 255. 2m60. 760. 5m0 .300 .12傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 4420

30、22年年6月月30日日2. 2. 氣體的輻射和吸收是在整個容積中進行的氣體的輻射和吸收是在整個容積中進行的投射到氣體界面上的輻射能，在輻射行程中被吸收減弱。投射到氣體界面上的輻射能，在輻射行程中被吸收減弱。即氣體的輻射和吸收是在整個容積中進行的，與形狀和容積有關(guān)。即氣體的輻射和吸收是在整個容積中進行的，與形狀和容積有關(guān)。討論氣體的輻射和吸收時，必須說明氣體所處容器的形狀和大小。討論氣體的輻射和吸收時，必須說明氣體所處容器的形狀和大小。傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 452022年年6月月30日日9.4.2 9.4.2 光譜輻射能在氣層中的定向傳播光譜輻射能在氣層中的定向傳播0, LxL, 處，

31、投入輻射的光譜輻射強度為處，投入輻射的光譜輻射強度為0 x0 , I通過距離通過距離 后，光譜輻射強度變?yōu)楹?，光譜輻射強度變?yōu)閤I, x取微元氣體層取微元氣體層 ：xdxkIIxxdd, 溫度和壓力為常數(shù)時，溫度和壓力為常數(shù)時，光譜減弱系數(shù)光譜減弱系數(shù) 不變：不變： k sIIxxxkIIs0,dd,0, skseII 0,貝爾定律貝爾定律傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 462022年年6月月30日日 為厚度為為厚度為 的氣體層的單色穿透比的氣體層的單色穿透比0 , IIss s , skes ,對于氣體，反射比對于氣體，反射比 ：0 skess 1,1,注：氣體層較厚時，注：氣體層較厚時，

32、。 1,s 將基爾霍夫定律應(yīng)用于光譜輻射：將基爾霍夫定律應(yīng)用于光譜輻射： skess 1,注意：光譜減弱系數(shù)注意：光譜減弱系數(shù) 取決于氣體的種類、密度和波長。取決于氣體的種類、密度和波長。 k傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 472022年年6月月30日日9.4.3 9.4.3 平均射線程長的計算平均射線程長的計算氣體具有容積輻射的特點，即容積內(nèi)每一點都發(fā)出輻射。氣體具有容積輻射的特點，即容積內(nèi)每一點都發(fā)出輻射。氣體容積的形狀和尺寸不同，射線行程的長度（射線程長）不同。氣體容積的形狀和尺寸不同，射線行程的長度（射線程長）不同。當(dāng)量半球當(dāng)量半球：在相同條件下，半球內(nèi)氣體對球心的輻射力，：在相同條件

33、下，半球內(nèi)氣體對球心的輻射力， 等于實際氣體對指定區(qū)域的輻射力。等于實際氣體對指定區(qū)域的輻射力。當(dāng)量半球半徑當(dāng)量半球半徑：用當(dāng)量半球的半徑表示平均射線程長。：用當(dāng)量半球的半徑表示平均射線程長。傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 482022年年6月月30日日傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 492022年年6月月30日日9.5 9.5 輻射傳熱的控制（強化和削弱）輻射傳熱的控制（強化和削弱）9.5.1 9.5.1 控制物體表面間輻射傳熱的方法控制物體表面間輻射傳熱的方法兩個漫灰表面組成的封閉腔：兩個漫灰表面組成的封閉腔：2222, 111112121111AXAAEEbb ，輻射傳熱強化和削弱的方法

34、：輻射傳熱強化和削弱的方法： 改變輻射表面熱阻；改變輻射表面熱阻； 改變輻射空間熱阻。改變輻射空間熱阻。傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 502022年年6月月30日日1. 1. 控制表面熱阻控制表面熱阻表面熱阻：表面熱阻：A 1 改變熱阻最大項的表面發(fā)射率；改變熱阻最大項的表面發(fā)射率； 對太陽輻射，控制太陽輻射吸收比對太陽輻射，控制太陽輻射吸收比 與紅外輻射發(fā)射率與紅外輻射發(fā)射率 。s 例如太陽能利用中，在銅材上電鍍黑鎳鍍層例如太陽能利用中，在銅材上電鍍黑鎳鍍層選擇性涂層選擇性涂層。傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 512022年年6月月30日日2. 2. 控制表面的空間熱阻控制表面的空間熱阻空

35、間熱阻：空間熱阻：jiiXA,1 調(diào)整物體的輻射角系數(shù)；調(diào)整物體的輻射角系數(shù)； 消弱傳熱時，采用遮熱板。消弱傳熱時，采用遮熱板。例如夏天戴遮陽帽，打遮陽傘。例如夏天戴遮陽帽，打遮陽傘。（調(diào)整物體間的距離和方位）（調(diào)整物體間的距離和方位）傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 522022年年6月月30日日9.5.2 9.5.2 遮陽板的原理及其應(yīng)用遮陽板的原理及其應(yīng)用遮陽板遮陽板：插入兩個輻射傳熱表面之間用以削弱輻射傳熱的薄板。：插入兩個輻射傳熱表面之間用以削弱輻射傳熱的薄板。例如：在兩平行平板之間插入金屬薄板，例如：在兩平行平板之間插入金屬薄板，假設(shè)平板無限大，都為灰體，假設(shè)平板無限大，都為灰體，

36、321此時，此時， ， ，13, 1 X131 AA 31313, 1111bbsbbEEEEq 23232,3111bbsbbEEEEq 傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 532022年年6月月30日日熱平衡時：熱平衡時：2, 12,33, 1qqq 將上頁兩式相加得：將上頁兩式相加得： 212, 121bbsEEq 因此：因此：加了遮熱板，傳熱量減少了一半。加了遮熱板，傳熱量減少了一半。實際應(yīng)用中：實際應(yīng)用中： 遮熱板常采用發(fā)射率較小的金屬薄板；遮熱板常采用發(fā)射率較小的金屬薄板； 更好地削弱換熱，可采用多層遮熱板。更好地削弱換熱，可采用多層遮熱板。傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 542022年年6月月30日日工程技術(shù)上的應(yīng)用：工程技術(shù)上的應(yīng)用： 汽輪機上用于減少內(nèi)、外套管間輻射傳熱；汽輪機上用于減少內(nèi)、外套管間輻射傳熱； 遮熱板應(yīng)用于儲存液態(tài)氣體的低溫容器；遮熱板應(yīng)用于儲存液態(tài)氣體的低溫容器；傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 552022年年6月月30日日 遮熱板用于超級隔熱油管；遮熱板用于超級隔熱油管； 遮熱板用于提高溫度測量的精度。遮熱板用于提高溫度測量的精度。傳熱學(xué)傳熱學(xué) 黃龍主講黃龍主講 562022年年6