7传热学

华北电力大学传热学HeatTransfer第八章辐射换热的计算在了解了物体辐射和吸收特性的基础上，这一章将介绍物体间辐射换热的计算方法。首先介绍辐射换热中一个重要的几何因子—角系数，然后是两个和多个表面所组成系统的辐射换热计算方法，最后是烟气的辐射特性和烟气与壳体间的辐射换热计算。华北电力大学传热学HeatTransfer§8-1角系数的定义、性质和计算一、角系数的定义两个表面的辐射换热量与两个表面之间的相对位置有很大关系。如图所示：我们把从表面1发出的辐射能中落到表面2上的百分数,称为表面1对表面2的角系数,记为X1,2表面1表面2华北电力大学传热学HeatTransfer二、角系数的性质研究如图示中微元面dA1到另一个微元面dA2的角系数，根据定义得：1、角系数的相对性1111d1,d2112122cosddddcoscosbbIAΩXEAAr22111d,2dcoscosdrAX2d,1d11d,2d2ddXAXA华北电力大学传热学HeatTransfer在几个表面组成的封闭系统中，任一个表面对封闭腔各个表面的角系数之和等于1。2、角系数的完整性11,1,13,12,11,1nitnxXXXX华北电力大学传热学HeatTransfer3、角系数的可加性bbabbXEAXEAXEA2,1112,1212,111baXXX2,12,12,1华北电力大学传热学HeatTransfer三、角系数的计算1、直接积分法1111d1,d2112122cosddddcoscosbbIAΩXEAAr222122,1dcoscosdArAX122122,11d)coscosd(12ArAXAAA1A2A华北电力大学传热学HeatTransfer2122112,1ddcoscos112AArAXAA工程上已将大量几何结构角系数的求解结果绘制成图线，本书中给出了部分代表性的图，使用中注意对数坐标的特点。2、查图法华北电力大学传热学HeatTransfer3、代数法利用角系数的相对性、完整性及可加性来获得角系数的方法。12表面1表面2华北电力大学传热学HeatTransfer完整性1=X+X1=X+X1=X+X3,23,12,32,11,31,2相对性2,333,221,333,111,222,11XAXAXAXAXAXA13212,12AAAAX华北电力大学传热学HeatTransfer§8-2两固体表面间的辐射换热一、黑体表面间的辐射换热计算1,2222,1112,1XEAXEAbb2,1121212,111)(XAEEEEXAbbbb1,2221211,221)(XAEEEEXAbbbb空间辐射热阻表面1表面211,TA22,TA华北电力大学传热学HeatTransfer二、有效辐射单位时间离开单位面积的总辐射能为有效辐射，记为J。11111111)1(GEGEJb物体表面与外间的辐射换热量与有效辐射J之间的关系：1J1111A1111111111)(AJEAGJb表面辐射热阻华北电力大学传热学HeatTransfer采用有效辐射的概念，任意两个表面的辐射换热量可表示成：三、两个漫灰表面组成封闭系统的辐射换热1,2222,1112,1XJAXJA若是两个表面组成封闭系统，则：212,1)(111212,112222,11111212,1bbsbbEEXAAXAAEE称为系统黑度s华北电力大学传热学HeatTransfer2222,11111212,1111AXAAEEbb2,1华北电力大学传热学HeatTransfer§8-3多表面系统辐射换热的计算在多表面系统中，一个表面的净辐射换热量是与其余各表面分别换热的换热量之和。3,12,11对于多表面系统可采用网络法或数值方法来计算每一表面的净辐射换热量。在此主要介绍网络法。华北电力大学传热学HeatTransfer一、网络法的基本步骤1、画出等效的网络图以三个表面组成的封闭系统为例：华北电力大学传热学HeatTransfer2、列出节点的电流方程njjiijiiiiiiXAJJAJE1,b11上面三个表面组成的封闭系统中节点J1的方程为：3,11312,112111111b111XAJJXAJJAJE华北电力大学传热学HeatTransfer3、求解由各节点方程组成的方程组，得到J1、J2等4、确定每个表面的净辐射换热量或任意两个表面间的辐射换热量。iiiiiiAJE1bjiiijijiXAJJ,,1华北电力大学传热学HeatTransfer关于黑体表面的说明：请同学自己画出四个表面组成封闭系统的辐射换热网络图。01iiiA因此有：iiJEb华北电力大学传热学HeatTransfer二、重辐射面辐射换热系统中，净辐射换热量为零（绝热）的表面称为重辐射面。33bJE与黑体表面情况的区别，重辐射面的温度是待定的。华北电力大学传热学HeatTransfer华北电力大学传热学HeatTransfer§8-4辐射换热的强化与削弱一、辐射换热的强化2222,11111212,1111AXAAEEbb（1）增加换热面的发射率；（2）改变两表面的相对位置，提高角系数。华北电力大学传热学HeatTransfer二、辐射换热的削弱—遮热板下面以两块靠得很近的大平壁间的辐射换热为例来说明遮热板的工作原理。华北电力大学传热学HeatTransfer遮热板通常采用表面反射率高、发射率小的材料，如表面高度抛光的薄铝板等。为了增加隔热保温的效果，通常还在多层遮热板中间抽真空，将导热和对流换热减少到最低限度。典型的遮热板应用情况，如：航天器的多层真空舱壁、低温技术中的多层隔热容器以及测温技术中测温元件的遮热罩等。华北电力大学传热学HeatTransfer热电偶测温过程的分析和抽气式遮热罩的应用424111fTTATTAhhTTTT424111f测温误差华北电力大学传热学HeatTransfer抽气式热电偶遮热罩的示意图华北电力大学传热学HeatTransfer§8-5气体辐射一、辐射性气体在工业上常见的温度范围内，氧、氮、氢等分子结构对称的双原子气体，可以认为是热辐射的透明体。辐射性气体主要有：二氧化碳、水蒸气、二氧化硫、甲烷、氟里昂等三原子、多原子及结构不对称的双原子气体（一氧化碳）。华北电力大学传热学HeatTransfer二、气体辐射的特点辐射性气体只在某些特定波段具有辐射和吸收本领。CO2的主要辐射光带：1、对波长的选择性H2O的主要辐射光带：华北电力大学传热学HeatTransferH2O的主要辐射光带CO2的主要辐射光带华北电力大学传热学HeatTransfer2、容积性投射到气体层界面上的辐射能要在辐射行程中逐渐被吸收，同时，界面上所感受到的辐射为整个容积的总辐射。华北电力大学传热学HeatTransfer因此，气体的吸收和发射与辐射在气体中穿行的距离长短（通常叫行程）以及气体分子的密度有直接关系。而气体的密度则取决于它的温度和分压力。三、贝尔(beer)定律贝尔定律给出了光谱辐射强度在吸收性气体中传播时的衰减规律。xIkIxxdd,,sksIIe0,,k为光谱减弱系数，s为辐射层厚度。xxds0,IxI,sI,华北电力大学传热学HeatTransfer四、平均射线行程从不同方向到表面的射线行程各不相同，为此用当量半球的半径作为平均射线行程，用s表示。几种典型几何容积的s见表9-3。对任意几何形状的情况，可按下式计算：AVs6.3V气体容积，m3A包壁面积，m2华北电力大学传热学HeatTransfer五、气体的发射率和吸收比正是厚度为s的气体层的单色穿透比，所以0,,/IIsskseIIs0,,/),(skess1),(1),(根据基尔霍夫定律，还可以得到光谱发射率等于光谱吸收比skess1),(),(),,(),(),(sTPfss射线行程是温度分压xxds0,IxI,sI,华北电力大学传热学HeatTransfer作业：29，35，45，62（第三版）29，35，45，60（第四版）华北电力大学传热学HeatTransfer