輻射換熱計算

1、關于輻射換熱的計算第一張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月9-1 角系數(shù)的定義、性質及計算 1. 角系數(shù)的定義 兩個表面之間的輻射換熱量與兩個表面之間的相對位置有很大的關系。見下圖（9-1）。 圖a中兩表面無限接近，相互間的換熱量最大；圖b中兩表面位于同一平面上，相互間的輻射換熱量為零。由圖可以看出，兩個表面間的相對位置不同時，一個表面發(fā)出而落到另一個表面上的輻射能的百分數(shù)隨之而異，從而影響到換熱量。 下面介紹角系數(shù)的概念及表達式。第二張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月(1) 角系數(shù)：有兩個表面，編號為1和2，其間充滿透明介質，我們把表面1對表面2的角系數(shù)X1,2定義為：把表面1發(fā)出

2、的輻射能中落到表面2上的百分數(shù)稱為表面1對表面2的角系數(shù)，記為X12。即同理，也可以定義表面2對表面1的角系數(shù)。(9-1) 在討論角系數(shù)時，我們假設：所研究的表面是漫射表面，在所研究表面的不同地點上向外發(fā)射的輻射熱流密度是均勻的。因此，物體的表面溫度及黑度的改變只影響到該物體向外發(fā)射的輻射能大小而不影響在空間的相對分布，因而不影響輻射能落到其他表面上的百分數(shù)，于是，角系數(shù)就純是一個幾何因子，與兩個表面的溫度及黑度沒有關系，從而給其計算帶來很大的方便。 為了討論的方便，在研究角系數(shù)時把物體作為黑體來處理。所得到的結論對于漫灰表面均適合。 第三張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月(2) 微元面

3、對微元面的角系數(shù) 如圖9-2所示，黑體微元面dA1對微元面dA2的角系數(shù)記為Xd1,d2，則根據(jù)前面的定義式有類似地有(3) 微元面對面的角系數(shù) 由角系數(shù)的定義可知，微元面dA1對面A2的角系數(shù)為圖9-2 兩微元面間的輻射(9-2b)第四張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月(4) 面對面的角系數(shù) 面A1對面A2的角系數(shù)X1,2以及面A2對面A1的角系數(shù)X2,1分別為微元面dA2對面A1的角系數(shù)則為(9-3a)(9-3b)(9-4a)(9-4b)第五張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月第六張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 角系數(shù)性質根據(jù)角系數(shù)的定義和諸解析式，可導出角系數(shù)的代

4、數(shù)性質。(1) 相對性 由式(8-2a)和(8-2b)可以看出第七張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月 由式(9-4a)和(9-4b)也可以看出 以上性質被稱為角系數(shù)的相對性。第八張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月上式稱為角系數(shù)的完整性。若表面1為非凹表面時，X1,1 = 0。值得注意的是，上圖中的表面2對表面1的角系數(shù)不存在上述的可加性。圖8-3 角系數(shù)的完整性(2) 完整性 對于有n個表面組成的封閉系統(tǒng)，見圖9-4所示，據(jù)能量守恒可得:(3) 可加性 如圖9-4所示，表面2可分為2a和2b兩個面，當然也可以分 為n個面，則角系數(shù)的可加性為第九張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6

5、月圖9-5 角系數(shù)的可加性如果把表面2分成若干個小塊，則仍有 注意，利用角系數(shù)可加性時，只有對角系數(shù)符號中第二個角碼是可加的，對角系數(shù)符號中的第一個角碼則不存在類似的關系。 。再來看一下2 對 1 的能量守恒情況: 由于從表面2發(fā)出落到表面1上的總輻射能，等于從表面2的各個組成部分發(fā)出而落到表面1上的輻射能之和。 第十張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月3 角系數(shù)的計算方法 求解角系數(shù)的方法通常有直接積分法、代數(shù)分析法、幾何分析法以及Monte-Carlo法。直接積分法的結果見公式(9-2)(9-4)。工程上已將大量幾何結構角系數(shù)的求解結果繪成圖線。見圖9-7，8，9。下面只給出代數(shù)分析法

6、。 代數(shù)法 利用角系數(shù)的相對性、完整性及可加性，通過求解代數(shù)方程而獲得角系數(shù)的方法稱為代數(shù)法。 三角法由三個表面組成的封閉系統(tǒng)的角系數(shù)的計算公式。 假設由A1、A2、A3三個凸面組成封閉系統(tǒng)（垂直于紙面方向很長，從兩端開口處逸出的輻射能可忽略不計），據(jù)角系數(shù)的相對性和完整性可得：第十一張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月通過求解這個封閉的方程組，可得所有角系數(shù)，如X1,2為:圖9-10 三個非凹表面組成的封閉系統(tǒng)第十二張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月若系統(tǒng)橫截面上三個表面的斷面長度分別為l1，l2和l3，則上式可寫為根據(jù)完整性和上面的公式，有:圖9-11 兩個非凹表面及假想面組成的

7、封閉系統(tǒng)交叉線法 見圖9-11，假設兩個表面垂直于紙面方向很長，作輔助線ac和bd,組成封閉腔。則有： 第十三張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月解方程組得:該方法又被稱為交叉線法。注意：這里所謂的交叉線和不交叉線都是指虛擬面斷面的線，或者說是輔助線第十四張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月9-2 被透明介質隔開的兩固體表面間的輻射換熱 透熱介質指的是不參與熱輻射的介質。 熱輻射是物體以電磁波方式向外界傳遞能量的過程，在計算任何一個表面與外界之間的輻射換熱時，必須把由該表面向空間各個方向發(fā)射出去的輻射能考慮在內，也必須把由空間各個方向投射到該表面上的輻射能包括進去。為了確保這一點，計算

8、的對象必須是包括所研究的表面在內的一個封閉腔。這個輻射換熱封閉腔的表面可以全部是真實的，也可以部分是虛構的。最簡單的封閉腔是兩塊無限接近的平行平板。本節(jié)只討論由兩個表面組成的封閉系統(tǒng)，重點在于灰體表面間輻射換熱的計算。 1.兩個黑體表面間的輻射換熱 如圖9-13所示，黑表面1和2之間的輻射換熱量為第十五張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月圖9-13 黑體系統(tǒng)的輻射換熱由此可見，黑體系統(tǒng)輻射換熱量計算關鍵在于確定角系數(shù)。 2兩個灰體表面間的輻射換熱 因灰體的吸收率1，投入到灰體上的輻射能要經(jīng)過多次的吸收與反射；同時由一個灰體表面向外發(fā)射出去的輻射能除了其自身的輻射力外還包括了被反射的輻射能在

9、內。這就給輻射換熱的計算增加了不少復雜性，為避免計算輻射換熱時出現(xiàn)的多次的吸收與反射，引入有效輻射的概念。 第十六張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月（1）有效輻射與投入輻射的定義我們把單位時間內投射到單位表面積上的總輻射能稱為投入輻射G把單位時間內離開單位表面積上的總輻射能稱為有效輻射J。有效輻射由兩部分組成本身輻射E=Eb反射輻射G =(1-)G 假設表面1的溫度均勻、表面輻射特性為常數(shù)：則 J1=E1+1G1=1Eb1+(1-1)G1 對于黑體J1=1Eb1，即有效輻射就等于本身輻射。 （2）物體表面與外界的輻射換熱量的計算（見圖9-14） 從表面1的外部看，其能量收支差額應等于有效

10、輻射與投入輻射之差，即 q= J1-G1 （a） 圖9-14 有效輻射示意圖第十七張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月即：從表面1內部觀察，該表面與外界的輻射換熱量應為q= E1-1G1 (b)從式中消去G，即得有效輻射J與表面凈輻射換熱量q間的關系： 對于灰體=，有第十八張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月下面來分析兩個等溫漫灰表面封閉系統(tǒng)內的輻射換熱情況。如圖9-15所示，兩個表面的凈換熱量為根據(jù)下式及能量守恒有(d)第十九張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月于是有圖9-15 兩個物體組成的輻射換熱系統(tǒng)第二十張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月定義系統(tǒng)黑度(或稱為系統(tǒng)發(fā)射率

11、)與黑體輻射換熱比較，上式多了一個 ，它是考慮由于灰體系統(tǒng)多次吸收與反射對換熱量影響的因子。第二十一張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月三種特殊情形空腔與內包物體間的換熱 設表面1為平面或凸面，則X1，2=1 。由上式得（式9-15） 第二十二張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月表面積F1和F2相差很小，即A1/A21的輻射換熱系統(tǒng)。例兩個無限大平板間的輻射換熱（見圖9-16） 第二十三張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月表面積A2比A1大很多，即A1/A20時（表面1為非凹面）例如：大房間內的高溫管道的輻射換熱，以及氣體容器內（或管道內）熱電偶測溫的輻射誤差。 系統(tǒng)黑體s=1。在

12、這種情況下進行輻射換熱量計算，不需要知道包殼物體2的面積A2及其黑度。 第二十四張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月 9-3 多表面系統(tǒng)輻射換熱的計算 在由兩個表面組成的封閉系統(tǒng)中，一個表面的凈輻射換熱量也就是該表面與另一表面間的輻射換熱量。而在多表面系統(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。工程計算的主要目的是獲得一個表面的凈輻射換熱量。對于多表面系統(tǒng)，可以采用網(wǎng)絡法或數(shù)值方法來計算每一表面的凈輻射換熱量。 1表面輻射熱阻與空間輻射熱阻網(wǎng)絡法中兩個單元等效電路 表面輻射熱阻與空間輻射熱阻分別取決于表面的輻射特性（）及表面的空間結構（角系數(shù)X）。第二十五張，PPT共

13、七十頁，創(chuàng)作于2022年6月 表面輻射熱阻上節(jié)公式(9-12)：改寫為：式中， 稱為表面熱勢差； 則被稱為表面輻射熱阻。第二十六張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月圖9-19 表面輻射熱阻表面輻射熱阻見圖9-19所示，可見，每一個表面都有一個表面輻射熱阻。對于黑表面， 1 Rr 0 即，黑體的表面熱阻等于零。又根據(jù)上節(jié)中的公式(d)以及角系數(shù)相對性？(2)空間輻射熱阻 第二十七張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月式中， 是空間熱勢差， 則是空間輻射熱阻，如圖9-19所示，可見，每一對表面就有一個空間輻射熱阻。圖9-19 空間輻射熱阻第二十八張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月2 網(wǎng)

14、絡法的應用舉例 （1）首先來看前面講過的兩漫灰表面組成的封閉系統(tǒng)，參見圖9-15，其等效網(wǎng)絡圖見9-20所示，根據(jù)電路中的基爾霍夫定律流入節(jié)點的電流總和等于零，列出各個節(jié)點的熱流方程，組成有效輻射的聯(lián)立方程組，見左式圖9-20 兩表面封閉系統(tǒng)輻射換熱等效網(wǎng)絡圖第二十九張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月求解上面方程組獲得 ，根據(jù)： 計算凈輻射熱流，其中i 代表表面1或表面2。在上面的過程中需要注意的是(1)節(jié)點的概念；(2)每個表面一個表面熱阻，每對表面一個空間熱阻；(3)以及畫電路圖的一些基本知識。（2）下面再來看一下三個表面的情況，見圖9-21。與兩個表面相似，首先需要畫出等效網(wǎng)絡，見

15、圖9-22所示，然后，列出各節(jié)點的電流方程。 這種把輻射熱阻比擬成等效的電阻從而通過等效的網(wǎng)絡圖來求解輻射換熱的方法稱為輻射換熱的網(wǎng)絡法。 第三十張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月9-21 由三個表面組成的封閉系統(tǒng)9-22 三表面封閉腔的等效網(wǎng)絡圖第三十一張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月節(jié)點 的熱流方程如下：求解上面的方程組，再計算凈換熱量。第三十二張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月總結上面過程，可以得到應用網(wǎng)絡法的基本步驟如下：劃出等效的網(wǎng)絡圖。畫圖時注意（a）每一個參與換熱的表面（凈換熱量不為零的表面）均應有一段相應的電路，它包括源電勢、表面熱阻及節(jié)點電勢；(b)各節(jié)點

16、之間通過空間輻射熱阻連結。 列出節(jié)點的電流方程。劃出等效的網(wǎng)絡圖后，輻射換熱問題就可作為直流電路問題來求解。圖9-21 9-22示出三個表面的輻射換熱量問題的等效的網(wǎng)絡圖，據(jù)電學中的基爾霍夫定律列出節(jié)點的電流方程： 求解上述方程得出節(jié)點電勢J1、J2、J3（表面輻射熱阻） 按下式確定每個表面的凈輻射換熱量。第三十三張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月(3) 兩個重要特例a 有一個表面為黑體。黑體的表面熱阻為零。其網(wǎng)絡圖見圖9-23a。上述方程簡化為二元方程組。 b有一個表面絕熱，即凈輻射換熱量q為零。設表面3為絕熱，則 即該表面的有效輻射等于某一溫度下的黑體輻射。但此時絕熱表面的溫度是未知

17、的，而由其他兩個表面所決定，其等效網(wǎng)絡圖如圖（9-23b）所示。J3是一個浮動電勢，取決于J1、J2及其間的兩個表面熱阻。簡化的電路圖見圖（9-23c）可清楚地看出上述特點。 第三十四張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月9-23 三表面系統(tǒng)的兩個特例第三十五張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月這種表面溫度未定而凈的輻射換熱量為零的表面稱為重輻射面。計算式見414頁的e、f、g式。 在工程計算中常會遇到重輻射面的情形。加熱爐中保溫很好的耐火爐墻就是這種絕熱表面。這時可以認為它把落在其表面的輻射能又完全重新輻射出去，因而被稱為重輻射面。雖然重輻射面與換熱面之間無凈輻射換熱交換，但它的重輻射

18、作用卻影響到其他換熱表面間的輻射換熱。 3數(shù)值計算法（自學） 第三十六張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月9-4 輻射換熱的強化與削弱 由于工程上的需求，經(jīng)常需要強化或削弱輻射換熱。本節(jié)利用本章以前討論的內容對強化或消弱輻射換熱的方法作一歸納，最后給出輻射換熱表面換熱系數(shù)的定義及計算方法。1強化輻射換熱的方法 可采用增加換熱表面黑度(即減少表面熱阻)以及改變兩表面的布置以增加角系數(shù)（即減少空間熱阻）的方法。 增加黑度時應注意首先增加對換熱影響最大的那一個表面的黑度（例空腔與內包物體的換熱應增加內包物體的黑度更有效）。 2削弱輻射換熱的方法 可采用減少表面黑度（增加表面熱阻）及在兩輻射表面之

19、間安插遮熱板（增加總熱阻）的方法。例如衛(wèi)星表面采用對太陽能吸收率小的材料做表面涂層,置于室外的發(fā)熱設備（如變壓器）用淺色油漆作為涂層。 第三十七張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月為了減少輻射換熱，在換熱面之間插入薄板是個有效措施。 （1）板式遮熱板 未插入遮熱板時兩個大平板的輻射換熱量為： 中間插入一塊遮熱板后的輻射換熱量為： 第三十八張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月插入n塊相同黑度的遮熱板后的輻射換熱量為： 若1=2=3=，則第一塊遮熱板使輻射換熱量減少了1/2第二塊遮熱板使輻射換熱量減少了1/2-1/3=1/6 第三塊遮熱板使輻射換熱量減少了1/3-1/4=1/12第四塊遮熱

20、板使輻射換熱量減少了(1/n-1/n+1)=1/n(n+1) 第三十九張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月當在兩個平板（=0.8）間插入一塊黑度為0.05的遮熱板時，可使輻射換熱量減少到原來的1/27。（2）筒狀遮熱板 未插入遮熱板時的輻射換熱量為： 中間插入一塊遮熱板后的輻射換熱量為： 插入n塊相同黑度的遮熱板后的輻射換熱量為： 第四十張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月遮熱板的應用（1）汽輪機中用于減少內、外套管間輻射換熱的園筒形遮熱板。（2）遮熱板應用于儲存液態(tài)氣體的低溫容器。儲存液氮、液氧的容器（見圖9-42）。采用多層遮熱板并抽真空的超級隔熱材料，遮熱板用塑料薄膜制成，其上涂

21、吸收率很小的金屬箔層(例鍍銀，鉻)。 （3）遮熱板應用于超級隔熱油管。（見圖9-43）采用多層遮熱板并抽真空的超級隔熱材料，半徑方向上的當量導熱系數(shù)為0.003w/(m.k)。 第四十一張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月（4）遮熱板用于提高溫度測量的準確度。見圖9-44 對裸露熱電偶：高溫氣流以對流方式把熱量傳給熱電偶，同時熱電偶又以輻射方式把熱量傳給溫度較低的壁面。當對流換熱量等于輻射換熱量時，熱電偶的溫度不再變化，此溫度即為熱電偶的指示溫度。此值必低于氣體的真實溫度，造成誤差。第四十二張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月 當使用遮熱罩抽氣式熱電偶時，遮熱罩使輻射換熱減少，而抽氣作

22、用又增加了氣體與熱電偶間的對流換熱，從而使熱電偶的指示溫度更接近于氣體的真實溫度，使測量誤差減少。 第四十三張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月3復合換熱的計算 工程中對流與輻射常常同時存在。這種對流與輻射同時存在的換熱過程稱為復合換熱。對于復合換熱，工程計算時常采用把輻射換熱量折合成對流換熱量的處理辦法。先按輻射換熱的有關公式算出輻射換熱量Qr，然后將它表示成牛頓冷卻公式的形式：（式9-32）式中：hr輻射換熱系數(shù)。 于是復合換熱的總換熱量可方便的表示成（式9-33） 式中：hc對流換熱系數(shù)。ht復合換熱系數(shù)。 第四十四張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月 輻射換熱系數(shù)的計算式與計算

23、系統(tǒng)有關，如對位于溫度為T2的大空間的凸表面（溫度為T1），可有（式9-34）第四十五張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月 9-5 氣體輻射 在工業(yè)上常見的溫度范圍內，高溫單原子惰性氣體和分子結構對稱的雙原子氣體（O2、N2、H2），并無發(fā)射和吸收輻射能的能力，可當作透明介質。但對非對稱結構雙原子CO和多原子氣體CO2、H2O具有相當大的輻射本領。當這類氣體出現(xiàn)在換熱場合中時，就要涉及到氣體與固體間的輻射換熱計算。由于燃油、燃煤的燃燒物中通常含有一定濃度的CO2和水蒸氣，所以本章主要介紹CO2和水蒸氣的輻射和吸收特性。 1氣體的輻射特點（1）氣體輻射對波長有選擇性 氣體輻射對波長有強烈的選

24、擇性，它只在某些波長區(qū)段內具有輻射和吸收能力，通常把這種有輻射能力的波段稱為光帶。在光帶以外，氣體即不吸收亦不輻射，對熱輻射呈透明體的性質。見圖9-27。 由于輻射對波長具有選擇性的特點，氣體不是灰體。 第四十六張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月圖9-27 CO2 和H2O的主要吸收譜帶（2）氣體的輻射和吸收是在整個容積中進行的固體和液體的輻射和吸收都具有在表面上進行的特點。 而氣體則表現(xiàn)為容積輻射和吸收就吸收而言，投射到氣體層界面上的輻射能要在輻射行程中被吸收減弱。就輻射而言，氣體層界面上所感受到的輻射為到達界面上的整個容積氣體的輻射。即氣體的吸收和輻射是在整個容積氣體中進行的，與氣體

25、的容積和形狀有關。第四十七張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月圖9-28 光譜輻射穿過氣體層時的衰減 2氣體的單色吸收比及穿透比的計算貝爾定律 當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度及途中所碰到的氣體分子數(shù)目。氣體分子數(shù)目則和射線行程長度及氣體的密度有關=f(p,T)。 經(jīng)x后為I,xx+dx 處為I,x+dx x=0時的單色輻射強度為I,0通過dx（微元氣體層）時的減 少量為dI,x輻射強度的相對減少量dI/I正比于氣體層厚度dx,故dI,x正比于I,xdx的乘積。即 式中：k單色減弱系數(shù)，它取決于氣體的種類、密度和波長，當氣體的溫度和壓力為常數(shù)時，

26、k不變。對上式進行積分可得第四十八張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月即Beer 定律式中，s 是輻射通過的路程長度，常稱之為射線程長。從上式可知，單色輻射強度在吸收性氣體中傳播時按指數(shù)規(guī)律衰減。Beer公式可以寫為單色穿透比對于氣體，反射率為零，于是有根據(jù)Kirchhoff定律，單色發(fā)射率為第四十九張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月 上面我們討論了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。在工程計算中重要的是確定氣體在所有光帶范圍內輻射能的總和。即氣體的輻射力。按黑度的定義g=Eg/Eb，所以氣體的黑度取決于氣體的種類，對同一氣體它的黑度又受哪些因素支配呢？ 3氣體的

27、黑度、吸收率的計算(1)平均射線行程 由于氣體容積輻射的特點，輻射力與射線行程的長度有關，而射線行程取決于氣體容積的形狀和尺寸。從圖9-29可知，從不同方向輻射到A或B處的射線行程是各不相同的。只有如圖9-30所示的半球氣體容積對球心dA的輻射，各個方向上的射線行程都是一樣的，即半徑R。 對其它氣體形狀采用當量半球的處理辦法：所謂當量半球，是指半球內的氣體具有與研究的情況相同的溫度、壓力和成分時，該半球內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量半球作為平均射線行程的。第五十張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月圖9-29 氣體對不同地區(qū)的輻射圖9-3

28、0 半球內氣體對球心的輻射 典型幾何容積的氣體對整個包壁或對某一研究的情況平均射線行程見表9-3。當缺乏數(shù)據(jù)時采用下式計算： 式中，V為氣體容積，m3；A為包壁面積，m2。第五十一張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月利用上面的關系，可以采用試驗獲得 ，圖9-31給出了 時的水蒸氣發(fā)射率 的圖線。圖9-32則是其修正系數(shù) ，于是，水蒸氣的發(fā)射率為對應于 的圖分別是9-33和圖9-34。于是 注意：平均射線行程不僅與氣體容積的形狀、大小有關，還與被輻射表面在容器壁面上的位置有關。 （2）氣體黑度的確定 氣體的輻射力受氣體的溫度、成分和沿途吸收性氣體分子數(shù)目兩個因素所支配。沿途氣體分子數(shù)目顯然與

29、氣體分壓力p和平均射線行程S的乘積pS成正比。則（式9-26） 第五十二張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月圖9-31 第五十三張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月圖9-32 修正系數(shù) 第五十四張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月圖9-33 第五十五張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月圖9-34 修正系數(shù) 第五十六張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月當氣體中同時存在二氧化碳和水蒸氣時，氣體的發(fā)射率由下式給出:式中， 是修正量，由圖935給出。它是由于水蒸氣和CO2光帶部分重疊而引入的修正量。 圖9-35 修正量第五十七張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月式中修正系數(shù) 和

30、 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)驗公式（3）氣體吸收率的確定 由于氣體輻射有選擇性，不能把它作為灰體，而且氣體與外殼有換熱的情況下，也不處于熱平衡，所以氣體的吸收率g不等于黑度g。水蒸氣與CO2共存的混合氣體對黑體外殼輻射的吸收率可表示為： 第五十八張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月在氣體發(fā)射率和吸收比確定后，氣體與黑體外殼之間的輻射換熱計算十分簡單，只要把氣體的本身輻射減去氣體的吸收輻射即可。即4氣體與黑體外殼間輻射換熱量的計算氣體與灰體外殼之間，以及灰體間存在吸收性介質時的輻射換熱計算問題，可參考陳鐘頎的傳熱學專題講座。第五十九張，PPT共七十頁，創(chuàng)

31、作于2022年6月8-5太陽能利用中的傳熱問題 隨著太陽能利用越來越普遍（太陽能熱水器、電池等），為了更好的利用太陽能，提高經(jīng)濟性，認識太陽輻射的特點很有必要。 1太陽輻射的光譜分析（圖8-23）近似于T=5762K的黑體輻射，99的能量集中于=0.23m的波段內。m=0.48m，與工業(yè)爐窯T=2000K的能量分布有很大的區(qū)別。 2投射到地面上的太陽輻射有多少（1）投射到大氣層外緣的輻射能有多少 日地間的距離在一年中是有變化的，在日地平均距離處，大氣層外緣與太陽射線相垂直的單位表面積所接受到的太陽輻射能為1367w/m2，此值稱為太陽常數(shù)Sc，它與地球位置或一天的時間無關。 大氣層外緣水平面上

32、每單位面積所接受到的太陽輻射能為（式8-26） 第六十張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月式中：f地日距離修正系數(shù)，f=0.99-1.03 太陽射線與地面法線間的夾角，稱為天頂角。 （2）投射到地面上的輻射能有多少 太陽輻射在穿過大氣層到達地面的行程中還要受到減弱。大氣層中的云層和較大的塵粒把太陽輻射部分地反射回宇宙空間是一種減弱作用，而大氣中的O3、N2、O2、H2O及塵埃等對太陽輻射的散射和吸收是另一種減弱作用（圖8-23所示）。由于散射作用，投射到地面上的太陽能包括直接輻射和天空散射兩部分（天空散射有時可達10的份額）。 在比較理想的情況下，中緯度地區(qū)正午前后四小時到達地面的太陽輻射

33、能約為1000w/m2，而在工業(yè)城市中，由于污染此值將減少10-20。中午時刻太陽射線穿過大氣層的行程最短，早晚則增大。 為了克服天頂角的影響，采用太陽跟蹤的措施是提高太陽輻射的一種有效措施。 第六十一張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月3太陽能集熱器效率分析 平板型太陽能集熱器示意圖10-3。 太陽能穿過透明覆蓋投射到吸熱面上，為了提高效率，在吸熱面上常涂有對太陽輻射具有很高單色吸收率的涂層。太陽能集熱器的效率為（式10-2） 式中：qg太陽能集熱器的有效收益熱流密度， Gs投入集熱器的太陽輻射能。 第六十二張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月 由公式可知：提高太陽能集熱器效率的途徑

34、為，在保持最大限度采集太陽輻射的同時，盡可能較少其對流與輻射損失。 （1）透明覆蓋的影響 采用透明的玻璃和塑料薄膜使吸收面不直接暴露于外界環(huán)境，是減少熱損失的有效措施之一。見圖8-21。普通玻璃對短波長3m時，很大。對長波長3m時，很小。產(chǎn)生溫室效應。（2）吸收面輻射特性的影響 集熱器單位面積的熱平衡方程為：式中：透明覆蓋層對太陽輻射的穿透比 s吸收面對太陽輻射的吸收比 qr，p吸收面對透明覆蓋的輻射換熱量 qh,p吸收面的對流換散熱（與表面的輻射特性無關）。 第六十三張，PPT共七十頁，創(chuàng)作于2022年6月而qr，p可采用灰體平行平板的輻射換熱公式計算： 上式揭示了吸熱面、透明覆蓋材料的輻射特性對集熱器效率的影響?？偸请Ss的增加及p和tr