輻射換熱的強(qiáng)化與削弱課件

輻射換熱的強(qiáng)化與削弱強(qiáng)化與消弱原因：工程上需要。(8-15)強(qiáng)化輻射換熱的具體措施：增加換熱表面發(fā)射率以及增加角系數(shù)的方法。

注意事項(xiàng)：采用改變表面發(fā)射率的方法時(shí)應(yīng)首先增加對(duì)換熱影響最大的那一個(gè)表面的發(fā)射率。以圖8-18a為例，其換熱量的計(jì)算式為強(qiáng)化與消弱依據(jù)：圖8-18a增加內(nèi)包物體的發(fā)射率比增加空腔表面發(fā)射率更加有效。消弱輻射換熱的具體措施為：1、減小表面發(fā)射率；2、在兩輻射表面之間安插遮熱板的方法。如人造地球衛(wèi)星迎陽(yáng)面(直接受到陽(yáng)光照射的表面)與背陽(yáng)面表面采用吸收比小的材料作表面涂料；置于室外的發(fā)熱設(shè)備(如變壓器)表面的處理，都可以消弱輻射換熱的目的。

所謂遮熱板，是指插入兩個(gè)輻射換熱表面之間的薄板,目的是削弱輻射換熱。具體效果根據(jù)圖8-30所示，經(jīng)過數(shù)學(xué)分析得出。假設(shè)平板和金屬薄板都是灰體，并且據(jù)式(8-16)可寫出

(a)

(b)

在熱穩(wěn)態(tài)條件下，。將式(a)和(b)相加得(8-21)說明：為使削弱輻射換熱的效果更為顯著，實(shí)際上都采用發(fā)射率低的金屬薄板作為遮熱板。例如，在發(fā)射率為0.8的兩個(gè)平行表面之間插入一塊發(fā)射率為0.05的遮熱板，可使輻射熱量減小到原來的1/27。當(dāng)一塊遮熱板達(dá)不到削弱換熱的要求時(shí)，可以采用多層遮熱板。根據(jù)假設(shè)推斷：表面1、3及表面3、2兩個(gè)系統(tǒng)的系統(tǒng)發(fā)射率相同，都是

遮熱板在工程技術(shù)上應(yīng)用如：(1)汽輪機(jī)中用于減少內(nèi)、外套管間輻射換熱。如圖8-31所示。(2)遮熱板應(yīng)用于儲(chǔ)存液態(tài)氣體的低溫容器。如圖8-32中。(3)遮熱板用于超級(jí)隔熱油管。如圖8-33所示。(4)遮熱板用于提高溫度測(cè)量的準(zhǔn)確度。如圖8-34所示。8-5氣體輻射

在工業(yè)上常見的溫度范圍內(nèi)，吸收性氣體包括結(jié)構(gòu)不對(duì)稱的以及三原子和多原子氣體，其它結(jié)構(gòu)對(duì)稱的氣體無發(fā)射與吸收輻射能的能力，為透明體。特別重要的氣體為：水和二氧化碳?xì)怏w。氣體輻射不同于固體和液體輻射，它們具有如下兩個(gè)特點(diǎn)。1、氣體輻射對(duì)波長(zhǎng)有選擇性把在一定波長(zhǎng)區(qū)段內(nèi)具有吸收輻射能和發(fā)射輻射能的波長(zhǎng)區(qū)段稱為光帶。在光帶以外，氣體既不輻射亦不吸收，對(duì)熱輻射呈現(xiàn)透明體的性質(zhì)。二氧化碳的主要光帶有三段:水蒸氣的主要光帶也有三段:

圖8-35示意性地表出了二氧化碳和水蒸氣的主要光帶。最

大特點(diǎn)是兩者光帶有兩處是重疊的。氣體不是灰體。原因：由于輻射對(duì)波長(zhǎng)具有選擇性的特點(diǎn)。

輻射能通過吸收性氣體層時(shí)削弱的程度取決于輻射強(qiáng)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(zhǎng)度及氣體密度有關(guān)。參看圖8-36，波長(zhǎng)為的光譜輻射強(qiáng)度的削弱與其它參量的關(guān)系為：2、氣體的輻射和吸收是在整個(gè)容積中進(jìn)行的氣體的輻射和吸收是在整個(gè)容積中進(jìn)行的，與氣體的形狀和容積有關(guān)。下圖所示。

為光譜減弱系數(shù)，它取決于氣體的種類、密度和波長(zhǎng)。當(dāng)氣體的溫度和壓力為常數(shù)時(shí)，不變，對(duì)上式積分可得

(8-25)

式(8-25)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(shí)按指數(shù)規(guī)律衰減。正是厚度為s的氣體層的單色穿透比，所以

(8-26)對(duì)于氣體，反射比，而得于是可得氣體層吸收比

(8-27)

將基爾霍夫定律應(yīng)用于光譜輻射，得：則氣體層的光譜發(fā)射率為

(8-28)

氣體發(fā)射率取決于氣體的種類，不同氣體的發(fā)射率不同。對(duì)于同一種氣體，它的發(fā)射率又受哪些因素支配呢?下面我們來分析這個(gè)問題。

由圖8-37可知，從不同方向輻射到A或B處的射線長(zhǎng)度是各不相同的。只有如圖8-38所示的半球氣體容積對(duì)球心dA的輻射，各個(gè)方向上的射線程長(zhǎng)都是一樣的，即半徑R，該半球?yàn)楫?dāng)量半球。（輻射）

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(shí)，該半球內(nèi)氣體對(duì)球心的輻射力，等于所研究情況下氣體對(duì)指定地區(qū)的輻射力。

其他氣體形狀的處理方法，實(shí)用上正是采用這種當(dāng)量半球半徑作為平均射線程長(zhǎng)的方案。在缺少資料的情況下，任意幾何形狀氣體對(duì)整個(gè)包壁輻射的平均射線程長(zhǎng)可按下式計(jì)算:(8-29)

表8-1中列出了幾種典型幾何容積的氣體對(duì)整個(gè)包壁或?qū)δ骋恢付ǖ貐^(qū)的平均射線長(zhǎng)度。使用表8-1時(shí)應(yīng)注意:平均射線程長(zhǎng)的數(shù)值取決于所討論容器的幾何形狀與大??；對(duì)同一幾何形狀，平均射線程長(zhǎng)還與被輻射的表面在容器壁面上的位置有關(guān)。

氣體發(fā)射率可以寫成下面隱式的形式：(8-30)

用實(shí)驗(yàn)測(cè)定的氣體發(fā)射率通常按式(8-30)的關(guān)系表示成圖線形式。圖8-39是水蒸氣發(fā)射率的圖線。

注意：此表是在氣體總壓力為下繪制的，如果總壓力不等于此值，需要進(jìn)行修正。、總壓力以及的單獨(dú)影響的修正系數(shù)由圖8-40確定。于是水蒸氣的發(fā)射率為：同樣，二氧化碳的和分別示出于圖8-41、8-42。二氧化碳的發(fā)射率為當(dāng)氣體中同時(shí)存在水蒸氣和二氧化碳兩種成分時(shí)，氣體發(fā)射率由下式計(jì)算：(8-31)式中修正量由圖8-43確定，它是由于水蒸氣和二氧化碳光帶部分重疊而引入的修正量。注意：氣體吸收比不等于發(fā)射率。

水蒸氣和二氧化碳共存的混合氣體對(duì)黑體外殼輻射的吸收比可表示為(8-32)原因：因?yàn)闅怏w輻射有選擇性，不能把它作為灰體，而且在氣體與外殼有換熱的情況下，也不處于熱平衡狀態(tài)。其中，修正系數(shù)和與式(8-31)中的相同，而、和的