材料科學(xué)工程課件輻射換熱

材料科學(xué)工程課件輻射換熱第一頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日

１定義：由熱運動產(chǎn)生的，以電磁波形式傳遞的能量。4.1基本概念第二頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日a任何物體只要溫度高于0K，就會不停地向周圍空間發(fā)出熱輻射；b可以在真空中傳播；c伴隨能量形式的轉(zhuǎn)變；d具有強(qiáng)烈的方向性；e輻射能與溫度和波長均有關(guān)；f發(fā)射輻射取決于溫度的4次方。２特點最著名的熱輻射現(xiàn)象：溫室效應(yīng)第三頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日3.物體對熱輻射的吸收、反射和穿透

absorptivitytransmissivityreflectivity第四頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日對于大多數(shù)的固體和液體：對于不含顆粒的氣體：對于黑體：鏡體或白體：透明體：第五頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日反射又分鏡反射和漫反射兩種鏡反射

漫反射第六頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日1.黑體概念

黑體：是指能吸收投入到其面上的所有熱輻射能的物體，是一種科學(xué)假想的物體，現(xiàn)實生活中是不存在的。但卻可以人工制造出近似的人工黑體。4.2黑體輻射的基本定律黑體模型第七頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日

（１）輻射力E(W/m2)：單位時間內(nèi)，物體單位表面積向半球空間發(fā)射的所有波長的能量總和。2.熱輻射能量的表示方法第八頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日（２）單色輻射力Eλ(W/m3)：

單位時間內(nèi)，單位波長范圍內(nèi)(包含某一給定波長)，物體單位表面積向半球空間發(fā)射的能量。第九頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日E、Eλ關(guān)系:黑體一般采用下標(biāo)b表示，如黑體的輻射力為Eb，黑體的單色輻射力為Ebλ第十頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日微元立體角（３）方向輻射力Eφ(W/m2Sr)：

方向輻射力是定義來描述物體表面輻射能量在半球空間中的分布特征，其定義為單位時間單位輻射面積向半球空間中某一個方向上單位立體角內(nèi)輻射的所有波長的輻射能量。第十一頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日球面面積除以球半徑的平方稱為立體角，單位：sr(球面度)。立體角定義：第十二頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日

（４）定向輻射強(qiáng)度Ｉ：定義：單位可見面積發(fā)射出去的落在空間任意方向的單位立體角中的能量?？梢娒娣e：在不同方向上所能看到的輻射面積是不一樣的。微元輻射面dA位于球心地面上，在任意方向p看到的輻射面積不是dA，而是dAcosθ。黑體輻射的定向輻射強(qiáng)度與方向無關(guān)。第十三頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日式中，λ—

波長，m；T

—

黑體溫度，K；

c1

—

第一輻射常數(shù)，3.742×10-16Wm2；

c2—

第二輻射常數(shù)，1.4388×10-2

ｍK；

(1)Planck定律(1900年)：黑體單色輻射力3.黑體輻射的基本定律及相關(guān)性質(zhì)

描述了黑體光譜輻射力隨波長及溫度的變化規(guī)律。第十四頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日Planck定律的圖示黑體光譜輻射力隨波長和溫度的依變關(guān)系第十五頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日（２）Wien位移定律(1893年)反映出黑體溫度越高其單色輻射力最大值所對應(yīng)的波長越短的黑體輻射特征，也就是黑體溫度越高能量分布就越向波長短方向集中的特征。維恩位移定律的發(fā)現(xiàn)在普朗克定律之前，但可以通過對普朗克定律對λ求極值得到。第十六頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日【解】應(yīng)用Wien位移定律T=2000K時max=2.910-3/2000=1.45mT=5800K時max=2.910-3/5800=0.50m常見物體最大輻射力對應(yīng)的波長在紅外線區(qū)太陽輻射最大輻射力對應(yīng)的波長在可見光區(qū)【例】試分別計算溫度為2000K和5800K的黑體的最大光譜輻射力所對應(yīng)的波長。

如不是黑體，則不完全遵守這個定律，但其變化方向是相同的，例如金屬（鋼錠）：當(dāng)T<500oC時，沒有可見光，顏色不變；T增大，其顏色分別為暗紅、鮮紅、桔黃和白色。第十七頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日(３)Stefan-Boltzmann定律(第三個定律)：

式中，σ=5.67×10-8w/(m2K4)，是Stefan-Boltzmann常數(shù)。描述了黑體輻射力隨表面溫度的變化規(guī)律。

1879年Stefan實驗，1884年Boltzman熱力學(xué)理論得出；將Plank’sLaw積分即得。第十八頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日在實際中，有時需求出某一特定波長的輻射能量。如圖中的在1和2之間的線下面積。黑體在波長λ1和λ2區(qū)段內(nèi)所發(fā)射的輻射力：特定波長區(qū)段內(nèi)的黑體輻射力黑體輻射按波段的分布第十九頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日黑體輻射函數(shù)通常把波段區(qū)間的輻射能表示為同溫度下黑體輻射力（λ從0到∞的整個波譜的輻射能）的百分?jǐn)?shù)，記作。黑體輻射函數(shù)第二十頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日例題試分別計算溫度為1000K、1400K、3000K、6000K時可見光和紅外輻射在黑體總輻射中所占的份額。輻射與顏色的關(guān)系：夏天穿白色衣服涼快，因為我們吸收的是太陽輻射(0.2-2m)可見光占比例很大。地球上物體的輻射不同，因溫度低（2000K以下），多與顏色無關(guān)第二十一頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日(４)Lambert定律Lambert定律也稱為余弦定律。

黑體的定向輻射強(qiáng)度與方向無關(guān)。黑體單位面積輻射出去的能量在空間的不同方向分布是不均勻的，其定向輻射力隨緯度角呈余弦規(guī)律變化。黑體輻射能在空間不同方向上的分布不均勻：法向最大，切向最?。榱悖?。第二十二頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日黑體輻射力E:遵循蘭貝特定律的輻射，數(shù)值上其輻射力等于定向輻射強(qiáng)度的π倍。第二十三頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日第二十四頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日例、北方深秋季節(jié)的清晨，樹葉葉面上常常結(jié)霜。試問樹葉上、下去面的哪一面結(jié)箱?為什么?答：霜會結(jié)在樹葉的上表面。因為清晨，上表面朝向太空，下表面朝向地面。而太空的溫度低于攝氏零度，而地球表面溫度一般在零度以上。由于相對樹葉下表面來說，其上表面需要向太空輻射更多的能量，所以樹葉下表面溫度較高，而上表面溫度較低且可能低于零度，因而容易結(jié)霜。第二十五頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日如圖所示的真空輻射爐，球心處有一黑體加熱元件，試指出①，②，③3處中何處定向輻射強(qiáng)度最大?何處輻射熱流最大?假設(shè)①，②，②處對球心所張立體角相同。答：由黑體輻射的蘭貝特定律知，定向輻射強(qiáng)度與方向無關(guān)。故Il＝I2=I3。而三處對球心立體角相當(dāng)，但與法線方向夾角不同，θ1＞θ2＞θ3。所以①處輻射熱流最大，③處最小。第二十六頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日注意：黑體的輻射換熱是輻射、與吸收、兩個過程的綜合。而實際物體的輻射換熱是輻射、吸收、反射的綜合，且實際物體的輻射、吸收與反射的規(guī)律性不如黑體，很難用簡單的數(shù)學(xué)公式進(jìn)行表達(dá)，必須進(jìn)行近似才能計算。第二十七頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日1輻射率黑體的輻射特性：同溫度下，黑體發(fā)射熱輻射的能力最強(qiáng)，包括所有方向和所有波長；真實物體表面的輻射能力低于同溫度下的黑體；輻射率(也稱為黑度)

：相同溫度下，實際物體的半球總輻射力與黑體半球總輻射力之比:４.３實際固體和液體的輻射特性上面公式只是針對方向和光譜平均的情況，但實際上，真實表面的發(fā)射能力是隨方向和光譜變化的。第二十八頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日２實際物體的輻射與黑度隨方向和光譜變化實際物體的輻射力與黑體輻射力之比:實際材料表面的光譜輻射力不遵守普朗克定律，或者說不同波長下光譜發(fā)射率隨波長的變化比較大，并且不規(guī)則。第二十九頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日

實際物體的光譜輻射力與黑體的光譜輻射力之比稱為光譜發(fā)射率：光譜發(fā)射率與實際物體的發(fā)射率之間的關(guān)系實際物體的輻射力不是與溫度嚴(yán)格地成四次方關(guān)系，實用中用此關(guān)系，修正系數(shù)ε與T有關(guān)。第三十頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日

實際物體的定向輻射強(qiáng)度與黑體的定向輻射強(qiáng)度之比稱為定向發(fā)射率：該值為常數(shù)時，為漫發(fā)射漫射體：表面的定向發(fā)射率()與方向無關(guān)，即定向輻射強(qiáng)度與方向無關(guān)，滿足上述規(guī)律的物體稱為漫射體，這是對大多數(shù)實際表面的一種很好的近似。第三十一頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日幾種金屬導(dǎo)體在不同方向上的定向發(fā)射率()(t=150℃)從θ＝0℃開始，在一定角度范圍內(nèi)，可認(rèn)為是常數(shù)，然后隨著角θ的增加而急劇地增大。在接近θ＝90℃的極小角度范圍內(nèi)，又減?。ㄔ跇O小角度內(nèi)，圖中未表示出來）第三十二頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日幾種非導(dǎo)電體材料在不同方向上的定向發(fā)射率ε()(t=0～93.3℃)①θ＝0～60℃,ε()基本不變；②θ>60℃，ε()明顯減少；③θ＝90℃，ε()降為0第三十三頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日定向發(fā)射率與半球平均發(fā)射率間的關(guān)系無論金屬還是非金屬，在半球空間的大部分范圍內(nèi)，定向發(fā)射率是個常數(shù)。可用法向的發(fā)射率來近似代替。①對于高度磨光的金屬表面：M=1.0～1.3②非導(dǎo)體：M=0.95～1.0認(rèn)為大多數(shù)工程材料M=1。一般工程手冊種給出的物體發(fā)射率常常是法向發(fā)射率的數(shù)值。第三十四頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日實際物體、黑體和灰體的輻射能量光譜實際物體輻射的近似：灰體第三十五頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日Semi-transparentmedium當(dāng)外界的輻射投入到物體表面上時，該物體對投入輻射吸收的情況又是如何呢？第三十六頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日1.投入輻射：單位時間內(nèi)投射到單位表面積上的總輻射能2.選擇性吸收：投入輻射本身具有光譜特性，因此，實際物體對投入輻射的吸收能力也根據(jù)其波長的不同而變化，這叫選擇性吸收４.４實際固體的吸收比和基爾霍夫定律第三十七頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日3.吸收比：物體對投入輻射所吸收的百分?jǐn)?shù)，通常用表示，即4光譜吸收比：物體對某一特定波長的輻射能所吸收的百分?jǐn)?shù)，也叫單色吸收比。光譜吸收比隨波長的變化體現(xiàn)了實際物體的選擇性吸收的特性。實際物體吸收率不僅與物體本身的情況(物質(zhì)種類、物體溫度和表面狀況)有關(guān)，還取決于投射輻射的特性。第三十八頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日金屬導(dǎo)電體的光譜吸收比同波長的關(guān)系第三十九頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日非導(dǎo)電體材料的光譜吸收比同波長的關(guān)系第四十頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日物體的吸收比除與自身表面性質(zhì)和溫度有關(guān)外，還與投入輻射按波長的能量分布有關(guān)。設(shè)下標(biāo)1、2分別代表所研究的物體和產(chǎn)生投入輻射的物體，則物體1的吸收比為實際物體吸收的選擇性對輻射傳熱計算造成的困難第四十一頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日如果投入輻射來自黑體，由于，則上式可變?yōu)榈谒氖?，共一百一十五頁?022年，8月28日物體表面對黑體輻射的吸收比與溫度的關(guān)系第四十三頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日實際物體吸收的近似：灰體光譜吸收比與波長無關(guān)的物體稱為灰體。此時，不管投入輻射的分布如何，吸收比都是同一個常數(shù)。引入的意義：不管投入輻射的分布如何，均為常數(shù)，即物體的吸收比只取決于本身的情況而與外界情況無關(guān)。像黑體一樣，灰體也是一種理想物體。工業(yè)上通常遇到的熱輻射，其主要波長區(qū)段位于紅外線范圍內(nèi)（絕大部分0.76-10微米之間），在此范圍內(nèi)，大多數(shù)工程材料當(dāng)作灰體處理引起的誤差是可以容許的，這種簡化處理給輻射換熱分析帶來了很大的方便。第四十四頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日灰體法，即將光譜吸收比()等效為常數(shù)，即

=()=const。并將()與波長無關(guān)的物體稱為灰體，與黑體類似，它也是一種理想物體，但對于大部分工程問題來講，灰體假設(shè)帶來的誤差是可以容忍的；譜帶模型法，即將所關(guān)心的連續(xù)分布的譜帶區(qū)域劃分為若干小區(qū)域，每個小區(qū)域被稱為一個譜帶，在每個譜帶內(nèi)應(yīng)用灰體假設(shè)。第四十五頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日發(fā)射輻射與吸收輻射二者之間的聯(lián)系：最簡單的推導(dǎo)是用兩塊無限大平板間的熱力學(xué)平衡方法。如圖所示，板1時黑體，板2是任意物體，參數(shù)分別為Eb,T1以及E,,T2，對板2有5吸收比與發(fā)射率的關(guān)系－基爾霍夫定律第四十六頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日在熱平衡條件下，任何物體的輻射和它對來自黑體輻射的吸收比的比值，恒等于同溫度下黑體的輻射力。當(dāng)系統(tǒng)處于熱平衡，且T1=T2，q=0，則

把這種關(guān)系推廣到任意物體時，可寫出如下的關(guān)系式：熱平衡時，任意物體對黑體投入輻射的吸收比等于該物體的發(fā)射率。基爾霍夫定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式之一基爾霍夫定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式之一第四十七頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日Kirchhoff定律的限制：整個系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)；如物體的吸收率和發(fā)射率與溫度有關(guān)，則二者只有處于同一溫度下的值才能相等；投射輻射源必須是同溫度下的黑體。第四十八頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日Kirchhoff定律在實際工程應(yīng)用中采用不同層次上的表達(dá)式。層次數(shù)學(xué)表達(dá)式成立條件光譜，定向光譜，半球全波段，半球無條件，為頂角漫射表面與黑體處于熱平衡或?qū)β冶砻鍷irchhoff定律的不同表達(dá)式第四十九頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日漫射灰體灰體的吸收比與波長無關(guān)，在一定溫度下是一個常數(shù)；物體的發(fā)射率是物性參數(shù)，與環(huán)境條件無關(guān)。假設(shè)在某一溫度下，一灰體與黑體處于熱平衡，按基爾霍夫定律(T)＝(T)；改變該灰體的環(huán)境，使其所受到的輻射不是來自同溫下的黑體輻射，但保持其自身溫度不變；仍應(yīng)有(T)＝(T)

。所以對于漫灰表面一定有＝。對于灰體，不論投入輻射是否來自黑體，也不論是否處于熱平衡條件，其吸收比恒等于同溫度下的發(fā)射率。今后討論過程中，如無特殊說明，均假設(shè)輻射表面具有漫射特性的漫灰表面。第五十頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日4.5角系數(shù)的定義、性質(zhì)及計算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關(guān)系a圖中兩表面無限接近，相互間的換熱量最大；b圖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?jǐn)?shù)隨之而異，從而影響到換熱量。

第五十一頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日

角系數(shù)是進(jìn)行輻射換熱計算時空間熱阻的主要組成部分。定義：把表面1發(fā)出的輻射中能落到表面2上的百分?jǐn)?shù)稱為表面1對表面2的角系數(shù)，記為F1,2。同理，表面2發(fā)出的輻射能中落到表面1上的百分?jǐn)?shù)稱為表面2對表面1的角系數(shù)，記為F2,1.

4.5.1角系數(shù)的定義第五十二頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日4.5.2角系數(shù)的性質(zhì)研究角系數(shù)的性質(zhì)是用代數(shù)法（代數(shù)分析法）求解角系數(shù)的前提：假定：（1）所研究的表面是漫射的

（2）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第五十三頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日1、角系數(shù)的相對性（互換性）一個微元表面到另一個微元表面的角系數(shù)兩微元面間的輻射第五十四頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日(2)(3)式（3）是兩微元表面角系數(shù)的相對性表達(dá)式(1)同理：整理（1）、（2）式得：第五十五頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日

2、角系數(shù)的完整性（歸一性）

對于由幾個表面組成的封閉系統(tǒng)，據(jù)能量守衡原理，從任何一個表面發(fā)射出的輻射能必全部落到封閉系統(tǒng)的個表面上。因此，任何一個表面對封閉腔各表面的角系數(shù)之間存在下列關(guān)系：

(5)第五十六頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日自見性：若表面1為非凹表面時，F(xiàn)1,1=0；若表面1為凹表面，第五十七頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日

3、角系數(shù)的可分性從表面1上發(fā)出而落到表面2上的總能量，等于落到表面2上各部分的輻射能之和,于是如把表面2進(jìn)一步分成若干小塊，則有(6)第五十八頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日角系數(shù)的可加性

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(guān)系。第五十九頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日

從表面2上發(fā)出而落到表面1上的輻射能，等于從表面2的各部分發(fā)出而落到表面1上的輻射能之和，于是有

角系數(shù)的上述特性可以用來求解許多情況下兩表面間的角系數(shù)值第六十頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日直接積分法代數(shù)分析法幾何分析法求解角系數(shù)的方法4.5.3角系數(shù)的計算方法第六十一頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日1、直接積分法按角系數(shù)的基本定義通過求解多重積分而獲得角系數(shù)的方法如圖所示的兩個有限大小的面積，可以得到微元面積對的角系數(shù)為dω1dA1dA2第六十二頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日上式積分可得即dω1dA1dA2工程上已經(jīng)將大量幾何結(jié)構(gòu)角系數(shù)的求解結(jié)果繪制成圖線。教材中給出了一些二維結(jié)構(gòu)角系數(shù)的計算公式以及三種典型三維幾何結(jié)構(gòu)的計算式和工程計算圖線。第六十三頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日利用角系數(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)分析法。圖8-5三個非凹表面組成的封閉系統(tǒng)2、代數(shù)分析法

(1)三個非凹表面組成的封閉系統(tǒng)第六十四頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日由角系數(shù)完整性由角系數(shù)相對性A3A2A1三表面封閉空間角系數(shù)的確定第六十五頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日上述方程解得：由于垂直紙面方向的長度相同，則有：第六十六頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日

如圖所示表面和假定在垂直于紙面的方向上表面的長度是無限延伸的，只有封閉系統(tǒng)才能應(yīng)用角系數(shù)的完整性，為此作輔助線ac和bd，與ab、cd一起構(gòu)成封閉腔。兩個非凹表面及假想面組成的封閉系統(tǒng)A1(2)任意兩個非凹表面間的角系數(shù)第六十七頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日根據(jù)角系數(shù)的完整性：兩個非凹表面及假想面組成的封閉系統(tǒng)第六十八頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日

上述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。兩個非凹表面及假想面組成的封閉系統(tǒng)第六十九頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日【例】求下列圖形中的角系數(shù)解：第七十頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日解：解：第七十一頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日如圖所示，黑表面1和2之間的輻射換熱量為１的部分的部分到達(dá)表面到達(dá)表面的熱輻射的熱輻射發(fā)出表面發(fā)出表面221)(212,111,2222,1112,1ˉˉ-=-=ＱbbbbEEXAXEAXEA4.6

被透明介質(zhì)隔開的兩固體表面間的輻射換熱

４.6.１兩黑體表面組成的封閉腔間的輻射換熱計算黑體系統(tǒng)的輻射換熱第七十二頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日（2）有效輻射：單位時間內(nèi)離開單位面積的總輻射能為該表面的有效輻射，記為J。1、物體表面的有效輻射（1）投入輻射：單位時間內(nèi)投射到單位面積上的總輻射能，記為G。４.6.２漫射灰表面之間的輻射換熱計算第七十三頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日表面的反射比，可表示成１-α有效輻射自身輻射E投入輻射被反射輻射的部分第七十四頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日

從表面外部來觀察，其能量收支差額應(yīng)等于有效輻射Ｊ與投入輻射Ｇ之差，即從表面內(nèi)部觀察，該表面與外界的輻射換熱量應(yīng)為：第七十五頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日聯(lián)立方程式，消去Ｇ，得到J與表面凈輻射換熱量之間的關(guān)系:稱為表面輻射熱阻第七十六頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日2漫射灰表面之間的輻射熱交換第七十七頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日特例：黑體間的輻射換熱量第七十八頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日兩個物體組成的輻射換熱系統(tǒng)３、兩灰表面組成的封閉腔的輻射換熱第七十九頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日兩個表面的凈換熱量為據(jù)熱量平衡第八十頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日整理得兩封閉表面間的輻射換熱網(wǎng)絡(luò)圖表面輻射熱阻空間輻射熱阻兩封閉表面間的輻射換熱網(wǎng)絡(luò)圖第八十一頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日若以為計算面積，上式可改寫為：定義系統(tǒng)黑度(或稱為系統(tǒng)發(fā)射率)第八十二頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日三種特殊情形(1)

表面1為凸面或平面，此時，F(xiàn)1,2＝1，于是第八十三頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日(2)

表面積A1比表面積A2小得多，即A1/A2

0于是(3)

表面積A1與表面積A2相當(dāng)，即A1/A2

1第八十四頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日已知，，，求測溫誤差？

某房間吊裝一水銀溫度計讀數(shù)為15℃，已知溫度計頭部發(fā)射率（黑度）為0.9，頭部與室內(nèi)空氣間的對流換熱系數(shù)為20W/m2K，墻表面溫度為10

℃

，求該溫度計的測量誤差。如何減小測量誤差？℃

℃

討論練習(xí)：第八十五頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日℃

第八十六頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日４三個凸形漫灰表面間的輻射換熱計算第八十七頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日第八十八頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日a有一個表面為黑體。黑體的表面熱阻為零。其網(wǎng)絡(luò)圖如下：５.兩個重要特例第八十九頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日b有一個表面絕熱，即該表面的凈換熱量為零。其網(wǎng)絡(luò)圖見下圖：第九十頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日４.７輻射換熱的強(qiáng)化與削弱強(qiáng)化輻射換熱的主要途徑有兩種：增加發(fā)射率；增加角系數(shù)。削弱輻射換熱的主要途徑有三種：降低發(fā)射率；降低角系數(shù)；加入遮熱板。

第九十一頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日遮熱板指插入兩個輻射換熱表面之間以削弱輻射換熱的薄板，其實插入遮熱板相當(dāng)于降低了表面發(fā)射率。＿削弱輻射換熱方式之一

４.７.１遮熱板第九十二頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日穩(wěn)態(tài)時有:

可見，與沒有遮熱板時相比，輻射換熱量減小了一半。

輻射表面和金屬板的溫度、吸收比如圖所示。為討論方便，設(shè)平板和金屬薄板都是灰體，并且第九十三頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日第九十四頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日

＿削弱輻射換熱的方式之二４.７.２遮熱罩

第九十五頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日4.7.3工程應(yīng)用(1)汽輪機(jī)中用于減少內(nèi)外套管間輻射換熱300MW汽輪機(jī)高中壓缸進(jìn)汽連接管結(jié)構(gòu)示意圖第九十六頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日(２)應(yīng)用于儲存液態(tài)氣體的低溫容器為了提高保溫效果，采用多層遮熱板并抽真空的方法。遮熱板用塑料薄膜制成，其上涂以反射比很大的金屬箔層，箔間嵌以質(zhì)輕且導(dǎo)熱系數(shù)小的材料作為分隔層，絕熱層中抽成高度真空。當(dāng)內(nèi)壁溫度為20～80K，外壁溫度為300K時，在垂直于遮熱板方向上的導(dǎo)熱系數(shù)低達(dá)5～10*10-5W/mK。(3)超級隔熱油管半徑方向的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)可降低到0.003W/mK。第九十七頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日(4)用于提高溫度測量的準(zhǔn)確度裸露熱電偶：高溫氣流以對流傳熱方式把熱量傳給熱電偶；熱電偶以輻射方式把熱量傳遞給容器壁。當(dāng)熱電偶的對流傳熱量等于輻射換熱量，熱電偶溫度即為指示溫度。其溫度必然低于氣體的真實溫度。第九十八頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日絕對測溫誤差206.2℃，相對測量誤差20%。解：A1/A20熱電偶的輻射散熱和對流換熱的能量平衡式為【例】用裸露熱電偶測得爐膛煙氣溫度t1=792℃。已知水冷壁面溫度tw=600℃，煙氣對熱電偶表面的對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h=58.2W/(m2.K)，熱電偶的表面發(fā)射率ε1=0.3，試求爐膛煙氣的真實溫度和測溫誤差。第九十九頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日【例】用單層遮熱罩抽氣式熱電偶測爐膛煙氣溫。已知水冷壁面溫度tw=600℃，熱電偶和遮熱罩的表面發(fā)射率都是0.3。由于抽氣的原因，煙氣對熱電偶和遮熱罩的對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增加到h=116W/(m2.K)。當(dāng)煙氣的真實溫度tf=1000℃時，熱電偶的指示溫度為多少？第一百頁，共一百一十五頁，2022年，8月28日遮熱罩對水冷壁的輻射散熱量q4為在穩(wěn)態(tài)時q3=q4，于是遮熱罩的平衡溫度t3可從上兩式中求出。一般用迭代法或圖解法求解，得t3＝903℃解：煙氣以對流方式傳給遮熱罩內(nèi)外兩個表面的熱流密度q3為第一百零一頁，共一百一十五頁，2022