重科大熱工基礎(chǔ)課件第2章 熱量傳輸?shù)?講 固體表面間的輻射換熱

第九講:一、本課的基本要求：1.正確掌握角度系數(shù)的定義、定義式、特點(diǎn)、幾種特殊形狀的角度系數(shù)。2.輻射換熱中的幾個(gè)基本概念：自身輻射、吸收輻射、反射輻射、投射輻射、有效輻射。3.會(huì)計(jì)算任意兩灰面組成封閉體系的輻射換熱量。4.理解輻射換熱的網(wǎng)絡(luò)求法，掌握表面熱阻、空間熱阻的表達(dá)式，認(rèn)識(shí)遮熱板的應(yīng)用。固體表面間的輻射換熱二、本課的重點(diǎn)、難點(diǎn)：1.本課的重點(diǎn)是角度系數(shù)及輻射換熱量的計(jì)算。2.本課的難點(diǎn)是求解任意兩灰面間的輻射換熱量。

2.4.3固體表面間的輻射換熱1.角度系數(shù)（1）角度系數(shù)的定義及求法定義：任意兩表面所組成的體系，其中一個(gè)表面所發(fā)射的輻射能投射到另一個(gè)表面上的能量占發(fā)射總能量的百分?jǐn)?shù)，稱為第一表面對(duì)第二表面的輻射角度系數(shù)，記為

12。

同理，第二表面對(duì)第一表面的輻射角度系數(shù)為

21。

定義式：特點(diǎn)：

①角度系數(shù)是一個(gè)純幾何參數(shù)，

12及

21只與A1，A2的大小及它們的相互位置有關(guān)。

②相互性（即互變關(guān)系）：

21A2

③整體性：

12+

13+

14+

15+

1n=1

值得注意的是：

上式存在的條件是表面均為平面或凸面，稱為不可自見面。若有凹面，稱為可自見面，則上式應(yīng)為：

11+

12+

13+

14+

15+

1n=1（2）用代數(shù)法求角度系數(shù)兩無限大平面：

11=

22=0，

21=

12=1一可自見面與一不可自見面：

11=0，，

12=1

21=A1/A2，

22=1

21=1

A1/A2兩個(gè)可自見面：

11=A1/A1+A2，

12=A2/A1+A2

21=A1/A1+A2，

22=A2/A1+A22.兩灰面之間的輻射換熱（1）有效輻射

自身輻射：被研究表面按四次方定律在一定溫度下所發(fā)射的輻射能量，用Qs表示，且

吸收輻射：被研究表面對(duì)外界投射到其表面被吸收的輻射能量，用Qa表示。

反射輻射：被研究表面反射的輻射能量，用Qr表示。

投射輻射：投到被研究表面輻射能的總和，用QG表示。

有效輻射：自被研究表面發(fā)出的輻射能的總和，用

QJ表示，顯然有

QJ=Qs+Qr

差額熱量：被研究表面與其他表面換熱時(shí)，熱量的凈收入或凈支出，用Q表示。（2）任意兩灰面之間的輻射換熱

假定任意兩灰面組成封閉體系，兩表面之間沒有輻射氣體，參看書上169頁圖2-4-17，則差額熱量可表示為：

Q=Qa

Qs

（1）也可表示為：

Q=QG

QJ

（2）兩式消去QG，得

QJ=（1/

1）Q+Cb（T/100）4A（3）結(jié)論：黑體的有效輻射就是自身輻射。將（3）式應(yīng)用于封閉體系內(nèi)兩灰面，則其有效輻射分別為表面的差額熱量可表示為：

Q1=QJ2

21

QJ1

12整理后得：上式就是任意兩灰面之間輻射換熱計(jì)算式。適用條件：封閉體系。影響輻射換熱的主要因素有：溫度黑度角度系數(shù)特例：兩無限大平板之間的輻射換熱因?yàn)?/p>

12=

21=1所以：又因?yàn)椋核?.輻射換熱的網(wǎng)絡(luò)解法

網(wǎng)絡(luò)解法的基礎(chǔ)是灰體的有效輻射的概念。它是根據(jù)輻射熱量傳輸與電量傳輸?shù)念愃菩?，把輻射換熱系統(tǒng)模擬為電路系統(tǒng)，借助于電路原理來求解輻射換熱的一種方法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于等效電路可使物理概念直觀而明了。

表面熱阻：1

/

A

表面熱阻存在的原因：因?yàn)楸砻媸腔殷w而不是黑體，若表面為黑體，則該熱阻為零。空間熱阻：1/

12A1

空間熱阻主要受空間因素的影響。若物體面積越小或角度系數(shù)越小，則該項(xiàng)熱阻將會(huì)越大。這樣，可將任意兩灰面所組成的封閉體系的計(jì)算式轉(zhuǎn)換為：該式說明：輻射換熱量在兩灰面溫度下，黑體面熱勢(shì)差Eb1

Eb2

與熱阻之和的商，它的等效電路見書上174頁圖2-4-29所示。由圖可知，該網(wǎng)絡(luò)由兩個(gè)表面網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)空間網(wǎng)絡(luò)單元串聯(lián)而成。4.

遮熱板若在兩平行平板之間加入一塊薄金屬板，該薄金屬板稱為遮熱板。設(shè)

1=

2=

3=

=1q13=

（Eb1

Eb3）q32=

（Eb3

Eb2）

123

1

2

3T1T3T2在穩(wěn)定導(dǎo)熱時(shí)，q13=q32=q12將上面兩式相加，得