第9章 辐射传热的计算b.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,9,章,辐射传热计算,主 要 内 容,重点,：固体表面间辐射传热的计算,角系数,的定义、性质及计算,两表面封闭系统的辐射传热,1,、两,黑体,间的辐射传热,2,、由两个等温的漫灰表面组成的封闭,系统的辐射传热,多表面系统的辐射传热,气体辐射,辐射传热的强化与削弱,综合传热问题分析,9.3,多表面系统的辐射传热,辐射传热量的计算方法：,网络法*,应区分的两个传热量：某一表面的净辐射传热量,某两表面间的净辐射传热量,两个基本网络单元：,表面网络单元 空间网络单元,(1),画出等效的,辐射网络图,，并求出各热阻值及与,各表面温度对应的,E,b,值；,(2),列出各节点的节点电流方程（依据：直流电路,中的基尔霍夫定律），得一代数方程组；,(3),求解上述代数方程,(,组,),，得各节点电势值,J,i,*,；,(4),计算辐射传热量。其中：,9.3.2,多表面封闭系统辐射网络法求解步骤,(1),分析辐射换热系统的换热情况，确定参与换热的表,面个数，并进行编号；,(2),画出节点，并依次标为,J,1,、,J,2,、,J,3,、,等等；,(3),逐个分析换热表面的特性，确定表面热阻，并绘制,表面网络单元,(4),逐个分析两两表面间的换热情况，确定空间热阻，,并绘制空间网络单元。,辐射网络图的画法,9-4,气体辐射的特点（简介）,常见的辐射性气体：三原子气体、多原子气体、,结构不对称的双原子气体,(,如,CO),非辐射性气体,(,热辐射的透明体,),：结构对称的,双原子气体,辐射性气体,具有发射和吸收辐射能的能力的气体,9.4.1,气体辐射的特点：,1.,气体辐射对波长有,(,强烈的,),选择性,只在某些波长区段内具有辐射能力,相应地,也只在同样的波长区段内才具有吸收能力,辐射性气体的光带见,P420,图,9-27,2.,气体的辐射和吸收在整个容积中进行,就吸收而言,投射到气体层界面上的,辐射能,通过吸收性气体层时，在辐射行程中被气体吸收,而减弱,;,就辐射而言,气体层界面上所感受到的,辐射为到达界面上的整个容积中的气体的辐射,.,被辐射性气体（吸收性介质）所隔开的两表,面间的辐射换热计算略,.,9.5,辐射传热的控制,(,强化与削弱,),要求：,了解强化与削弱辐射传热的基本方法及其工程应用,9.5.1,控制物体表面间辐射传热的基本方法,(,前提,:,冷、热表面温度一定,即,E,b1,、,E,b2,一定,),控制表面热阻,控制空间热阻,1.,控制表面热阻,(1),改变表面积,A,(2),改变换热表面的发射率*,首先改变对辐射传热影响最大的那一表面的,发射率,(,即串联环节中表面热阻最大的表面,),；,当辐射传热同时涉及温度较低的红外辐射与,温度较高的太阳辐射时,控制红外辐射的发射率与,对太阳辐射的吸收比应同时入手,.,应用实例,:,太阳能集热器中的,选择性涂层,要求,:,红外辐射的发射率,尽可能地小,对太阳辐射,的吸收比,s,尽可能地大,.,2.,控制空间热阻,(1),改变表面积,A,(2),改变两表面的布置以,改变角系数*,如：对于两块大平板，平行放置时的角系数最大,应用实例,:,送风式电子器件机箱中的元件布置,特征：遮热板在整个辐射传热系统中并不放出,或带走任何热量，只是在热流通路中另,外添加了阻力，使得整个传热过程受到,阻碍，即阻隔辐射传热。,9.5.2,遮热板的原理及应用,在辐射传热系统中插在两个辐射传热表面,之间的、用来阻挡,(,减弱,),辐射传热的,薄板,遮热板,1,、遮热原理分析,主要掌握分析方法,例：在两块无限大平行平板,间插入一块面积也是无,限大的遮热板,(,如图,),。,假定,1,=,2,=,3,=,，,且三块板都是灰体,(=),关键：,在热稳态情况下有,q,1,3,=q,3,2,=q,1,2,推导过程,由式,（,9-16,）,得：,利用热,稳态,条件,q,1,3,=q,3,2,=q,1,2,，,从上面两式消去,E,b3,后可解得：,上式中，,q,1,2(0),为无遮热板时表面,1,，,2,间的辐射传热量,附：加一块遮热板，但三板黑度不同,(,仍都为灰体,),时,利用热,稳态,条件从上面两式可解得：,消去,E,b3,后,得：,1,=,2,=,3,=,时即为前,式,结论,在两,黑度相同的平行平板间加入黑度相同的,n,块遮热,板，其辐射传热量将减小为原来的,1/(n+1),。,所加遮热板的黑度越小、遮热板块数越多，遮热效果越明显,汽轮机中,用于减少内、外套管间的辐射传热,用于低温容器（杜瓦瓶）隔热保温；,用于超级隔热油管；,用于提高测温准确度。,如：遮热罩抽气式热电偶,(,可减少测温误差,),等等。,2.,遮热板的应用实例,第,9-6,节 传热问题综合分析,提出问题、作出假设、,建立模型、理论求解,实例：,1,、炉膛辐射热流密度的测定,2,、,遮热罩抽气式热电偶测温,3,、轿车后窗玻璃的热分析,9.6.1,炉膛辐射热流密度的简易测定方法,假定：,(1),过桥的导热系数为常数；,(2),忽略过桥背火面与炉墙间的辐射传热；,(3),火焰对过桥表面的辐射热流均匀；,(4),辐射热流一经表面吸收即成为平行于过桥,壁面而向两侧传导的导热热流；,(5),过桥表面温度远低于火焰温度；,(6),忽略过桥表面与烟气间的对流传热。,热平衡关系：,求解,结果：,9.6.2,遮热罩抽气式热电偶测温,(1),裸露热电偶测温：,当,q,1,=q,2,时，热电偶达,到某平衡温度,t,1,(,t,f,),(2),加遮热罩后,遮热罩,温度,t,3,t,w,，,热平衡关系为：,P436,例：热电偶测温问题计算,无罩时：测温绝对误差,206.2,测温相对误差,20.7%,有罩时,:,测温绝对误差,48.8,测温相对误差,4.88%,轿车后窗玻璃的热分析,假设：,(1),内热源（电热丝产热）均匀；,(2),玻璃中的导热过程为一维稳定过程；,(3),内侧复合表面传热系数,h,t,i,与外侧表面传热系,数,h,0,均已知,热平衡关系：,9.6.3,辐射传热系数,定义：,即：,称为辐射传热表面传热系数,简称辐射传热系数，其值与,系统情况有关,对于同时存在对流与辐射的综合过程，即有：,h,t,称为复合传热表面传热系数,相对性、完整性、可加性,1,、角系数的定义,2,、角系数的特性：,3,、角系数的计算：,直接积分法,(,线算图,),；,代数分析法,(,三解形法、交叉线法,),；,形状分解法；,几种典型几何关系的角系数：,包容关系,(X,1,2,=1),、,两平行大平板,(X,1,2,=X,2,1,=1),第,9,章 小 结,一、角系数的定义、性质及其计算,9.2,两表面封闭系统的辐射传热,一、两黑体表面间的辐射换热,关键：角系数的计算,二、两等温漫灰表面间的辐射换热,辐射传热量的计算,注意三种特例,9.3,多表面系统的辐射传热,-,辐射,网络法*,1.,两表面间的辐射换热量,i,j,与某一表面的净,辐射换热量,i,的差别,2.,表面热阻与空间热阻及相应的网络单元,3.,网络图的画法,特例：,黑体,=1,R,s,=0,，,E,b,=J,；,大表面,R,s,0,，,E,b,J,4.,多表面封闭系统辐射网络法求解步骤,5.,三表面封闭系统中的几个特例,(1),其中一个表面为黑体,(2),其中一个表面为大表面,(3),其中一个表面为绝热面,(,重辐射面,),6.,运用网络法时应注意的问题：,(1),多表面系统表面的划分依据：以热边界条件为主,(,不应纯按几何面划分,),(,2),计算中应注意有效数字的位数，特别是在求各节,点的有效辐射,J,i,时。,9-4,气体辐射的特点,1.,辐射性气体的概念及辐射性气体与非辐射性气体的区分,2.,气体辐射的特点,气体辐射对波长有选择性,(2),气体的辐射和吸收在整个容积中进行,9.5,辐射传热的控制,(,强化与削弱,),要求：,了解强化与削弱辐射传热的基本方法及其工程应用,1.,控制物体表面间辐射传热的基本方法,(T,1,T,2,一定,):,控制表面热阻,控制空间热阻,-,常用方法,:,改变换热表面的发射率,改变角系数,2.,遮热板,(,原理及应用,),通过洗添加遮热板,在热流通路中增加阻力，从,而使得整个换热过程受到阻碍，辐射传热削弱。,作业,:P449,9-19,9-23,9-29,9-31,作业,:P450-,9-35,9-37,9-39,9-42,9-60,