傳熱學(xué)第七章課件 chapter8.ppt

傳熱學(xué)HeatTransfer 第八章輻射換熱的計(jì)算 在了解了物體輻射和吸收特性的基礎(chǔ)上 這一章將介紹物體間輻射換熱的計(jì)算方法 首先介紹輻射換熱中一個(gè)重要的幾何因子 角系數(shù) 然后是兩個(gè)和多個(gè)表面所組成系統(tǒng)的輻射換熱計(jì)算方法 最后是煙氣的輻射特性和煙氣與殼體間的輻射換熱計(jì)算 傳熱學(xué)HeatTransfer 8 1角系數(shù)的定義 性質(zhì)和計(jì)算 一 角系數(shù)的定義 兩個(gè)表面的輻射換熱量與兩個(gè)表面之間的相對(duì)位置有很大關(guān)系 定義 表面1發(fā)出的輻射能中落到表面2上的百分?jǐn)?shù) 稱為表面1對(duì)表面2的角系數(shù) 記為X1 2 傳熱學(xué)HeatTransfer 二 角系數(shù)的性質(zhì) 研究如圖示中微元面dA1到另一個(gè)微元面dA2的角系數(shù) 根據(jù)定義得 1 角系數(shù)的相對(duì)性 傳熱學(xué)HeatTransfer 在幾個(gè)表面組成的封閉系統(tǒng)中 任一個(gè)表面對(duì)封閉腔各個(gè)表面的角系數(shù)之和等于1 2 角系數(shù)的完整性 傳熱學(xué)HeatTransfer 3 角系數(shù)的可加性 傳熱學(xué)HeatTransfer 三 角系數(shù)的計(jì)算 1 直接積分法 傳熱學(xué)HeatTransfer 工程上已將大量幾何結(jié)構(gòu)角系數(shù)的求解結(jié)果繪制成圖線 本書中給出了部分代表性的圖 使用中注意對(duì)數(shù)坐標(biāo)的特點(diǎn) 2 查圖法 傳熱學(xué)HeatTransfer 3 代數(shù)法 利用角系數(shù)的相對(duì)性 完整性及可加性來(lái)獲得角系數(shù)的方法 傳熱學(xué)HeatTransfer 傳熱學(xué)HeatTransfer 傳熱學(xué)HeatTransfer 8 2兩固體表面間的輻射換熱 一 黑體表面間的輻射換熱計(jì)算 空間輻射熱阻 傳熱學(xué)HeatTransfer 二 有效輻射 單位時(shí)間離開單位面積的總輻射能為有效輻射 記為J 物體表面與外間的輻射換熱量與有效輻射J之間的關(guān)系 表面輻射熱阻 傳熱學(xué)HeatTransfer 采用有效輻射的概念 任意兩個(gè)表面的輻射換熱量可表示成 三 兩個(gè)漫灰表面組成封閉系統(tǒng)的輻射換熱 若是兩個(gè)表面組成封閉系統(tǒng) 則 稱為系統(tǒng)黑度 傳熱學(xué)HeatTransfer 傳熱學(xué)HeatTransfer 8 3多表面系統(tǒng)輻射換熱的計(jì)算 在多表面系統(tǒng)中 一個(gè)表面的凈輻射換熱量是與其余各表面分別換熱的換熱量之和 對(duì)于多表面系統(tǒng)可采用網(wǎng)絡(luò)法或數(shù)值方法來(lái)計(jì)算每一表面的凈輻射換熱量 在此主要介紹網(wǎng)絡(luò)法 傳熱學(xué)HeatTransfer 一 網(wǎng)絡(luò)法的基本步驟 1 畫出等效的網(wǎng)絡(luò)圖 以三個(gè)表面組成的封閉系統(tǒng)為例 傳熱學(xué)HeatTransfer 2 列出節(jié)點(diǎn)的電流方程 上面三個(gè)表面組成的封閉系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)J1的方程為 傳熱學(xué)HeatTransfer 3 求解由各節(jié)點(diǎn)方程組成的方程組 得到J1 J2等 4 確定每個(gè)表面的凈輻射換熱量或任意兩個(gè)表面間的輻射換熱量 傳熱學(xué)HeatTransfer 關(guān)于黑體表面的說(shuō)明 請(qǐng)同學(xué)自己畫出由四個(gè)表面組成封閉系統(tǒng)的輻射換熱網(wǎng)絡(luò)圖 因此有 傳熱學(xué)HeatTransfer 二 重輻射面 輻射換熱系統(tǒng)中 凈輻射換熱量為零 絕熱 的表面稱為重輻射面 與黑體表面情況的區(qū)別 重輻射面的溫度是待定的 傳熱學(xué)HeatTransfer 傳熱學(xué)HeatTransfer 8 4輻射換熱的強(qiáng)化與削弱 一 輻射換熱的強(qiáng)化 1 增加換熱面的發(fā)射率 2 改變兩表面的相對(duì)位置 提高角系數(shù) 傳熱學(xué)HeatTransfer 二 輻射換熱的削弱 遮熱板 下面以兩塊靠得很近的大平壁間的輻射換熱為例來(lái)說(shuō)明遮熱板的工作原理 傳熱學(xué)HeatTransfer 遮熱板通常采用表面反射率高 發(fā)射率小的材料 如表面高度拋光的薄鋁板等 為了增加隔熱保溫的效果 通常還在多層遮熱板中間抽真空 將導(dǎo)熱和對(duì)流換熱減少到最低限度 典型的遮熱板應(yīng)用情況 如 航天器的多層真空艙壁 低溫技術(shù)中的多層隔熱容器以及測(cè)溫技術(shù)中測(cè)溫元件的遮熱罩等 傳熱學(xué)HeatTransfer 熱電偶測(cè)溫過(guò)程的分析和抽氣式遮熱罩的應(yīng)用 測(cè)溫誤差 傳熱學(xué)HeatTransfer 抽氣式熱電偶遮熱罩的示意圖 傳熱學(xué)HeatTransfer 8 5氣體輻射 一 輻射性氣體 在工業(yè)上常見的溫度范圍內(nèi) 氧 氮 氫等分子結(jié)構(gòu)對(duì)稱的雙原子氣體 可以認(rèn)為是熱輻射的透明體 輻射性氣體主要有 二氧化碳 水蒸氣 二氧化硫 甲烷 氟里昂等三原子 多原子及結(jié)構(gòu)不對(duì)稱的雙原子氣體 一氧化碳 傳熱學(xué)HeatTransfer 二 氣體輻射的特點(diǎn) 輻射性氣體只在某些特定波段具有輻射和吸收本領(lǐng) CO2的主要輻射光帶 1 對(duì)波長(zhǎng)的選擇性 H2O的主要輻射光帶 傳熱學(xué)HeatTransfer H2O的主要輻射光帶 CO2的主要輻射光帶 傳熱學(xué)HeatTransfer 2 容積性 投射到氣體層界面上的輻射能要在輻射行程中逐漸被吸收 同時(shí) 界面上所感受到的輻射為整個(gè)容積的總輻射 傳熱學(xué)HeatTransfer 因此 氣體的吸收和發(fā)射與輻射在氣體中穿行的距離長(zhǎng)短 通常叫行程 以及氣體分子的密度有直接關(guān)系 而氣體的密度則取決于它的溫度和分壓力 三 貝爾 beer 定律 貝爾定律給出了光譜輻射強(qiáng)度在吸收性氣體中傳播時(shí)的衰減規(guī)律 為光譜減弱系數(shù) s為輻射層厚度 傳熱學(xué)HeatTransfer 四 平均射線行程 從不同方向到表面的射線行程各不相同 為此用當(dāng)量半球的半徑作為平均射線行程 用s表示 幾種典型幾何容積的s見表9 3 對(duì)任意幾何形狀的情況 可按下式計(jì)算 V氣體容積 m3 A包壁面積 m2 傳熱學(xué)HeatTransfer 五 氣體的發(fā)射率和吸收比