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1、第八章第八章 辐射换热计算辐射换热计算Radiation Heat Transfer 角系数的概念和应用条件？角系数的概念和应用条件？有效辐射的概念？有效辐射的概念？辐射换热网络图与辐射热阻辐射换热网络图与辐射热阻封封闭闭空空腔腔中中某某表表面面为为黑黑体体或或重重辐辐射射表表面面的的特特点点及差异？及差异？学习中注意的问题学习中注意的问题角系数角系数角系数的引出和定义角系数的引出和定义A2对对A1的角系数的角系数：二表面任意放置时的黑体表面辐射换热为例二表面任意放置时的黑体表面辐射换热为例定义：在固体表面朝向定义：在固体表面朝向半球空间辐射出去的总半球空间辐射出去的总能量中，有多少份额落能量
2、中，有多少份额落到了参与辐射换热的另到了参与辐射换热的另一个物体表面上一个物体表面上 思考思考为为了了使使角角系系数数仅仅仅仅与与物物体体的的几几何何因因素素有有关关，必必须须要要有有一一定定的的条条件件。只只有有在在这这些些限限制制条条件件下下，才才能能将表面几何特性对辐射换热的影响单独分离出来。将表面几何特性对辐射换热的影响单独分离出来。 体会漫辐射模型的意义！体会漫辐射模型的意义！两黑表面间的辐射换热两黑表面间的辐射换热表面表面A1和和A2之间的辐射换热量：之间的辐射换热量：对比欧姆定律：电流、电位差、电阻对比欧姆定律：电流、电位差、电阻 热流；热流； 辐射热势辐射热势 空间辐射热阻空间
3、辐射热阻空间网络单元空间网络单元8-2 被透明介质隔开的两灰表面间的辐射换热被透明介质隔开的两灰表面间的辐射换热一、有效辐射一、有效辐射J黑体表面：黑体表面：在灰体表面间存在多次吸收、反射现象在灰体表面间存在多次吸收、反射现象 黑体不反射黑体不反射灰体表面：灰体表面： 灰体反射灰体反射假设：灰体；假设：灰体； ；投射辐射；投射辐射G有效辐射有效辐射J：单位时间内、由灰体：单位时间内、由灰体的单位表面积所射离的总能量的单位表面积所射离的总能量有效辐射有效辐射J为灰体本身的辐射（辐为灰体本身的辐射（辐射力射力E）与反射辐射（）与反射辐射（ ）之和：）之和：二、灰表面的辐射换热量二、灰表面的辐射换热
4、量从表面外部分析：（换热量）从表面外部分析：（换热量）从表面内部分析：（换热量）从表面内部分析：（换热量）对于漫对于漫-灰表面灰表面：表面网络单元表面网络单元表面辐射热阻表面辐射热阻表面辐射热阻表面辐射热阻 只取决于辐射表面的大小和黑度只取决于辐射表面的大小和黑度黑度和表面积越大、表面辐射热阻越小黑度和表面积越大、表面辐射热阻越小对于黑体：对于黑体：表面辐射热阻为表面辐射热阻为0，三、辐射表面热阻三、辐射表面热阻 任意放置的二灰体表面和之间进行换热：任意放置的二灰体表面和之间进行换热：角系数分别为角系数分别为四、由二表面构成的封闭系统中的辐射换热四、由二表面构成的封闭系统中的辐射换热 表面表面
5、A1失去的能量：失去的能量：稳态条件下：稳态条件下： 表面表面A2获得的能量：获得的能量：几种特例：几种特例：2、小圆球在大圆球中、小圆球在大圆球中1、表面、表面A1和和A2为黑体时为黑体时黑体表面不存在表面辐射热阻黑体表面不存在表面辐射热阻若若A2 A1 ，而，而 较大：较大：3、二相距较近并平行放置的大平板、二相距较近并平行放置的大平板4、长套管（小圆柱在大圆柱内）、长套管（小圆柱在大圆柱内） 在大块金属件上，钻有直径为在大块金属件上，钻有直径为20mm、深、深30mm的孔。如果金属块维持的孔。如果金属块维持1000的温度，孔的辐射率的温度，孔的辐射率为为0.6，环境温度为，环境温度为20
6、，试求通过孔的辐射散热，试求通过孔的辐射散热损失。损失。 例题例题7-18-3 封闭空腔多个灰表面间的辐射换热封闭空腔多个灰表面间的辐射换热一、网络法一、网络法：通过网络图求解辐射换热方法：通过网络图求解辐射换热方法为为了了确确定定每每个个表表面面的的换换热热量量，必必须须知知道道每每个个表表面面的的有效辐射有效辐射基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律：流入每个节点的电流（热流）：流入每个节点的电流（热流） 总和为零总和为零节点节点1：节点节点2：节点节点3：节点节点2：节点节点3：节点节点1：联立求解可以得到各表面的有效辐射联立求解可以得到各表面的有效辐射各表面的辐射净换热量：各表面的辐射净换热
7、量：网络法小结：网络法小结：(1) 画出等效网络图画出等效网络图(2) 列出节点的热流方程列出节点的热流方程(3) 求解节点代数方程得出节点处表面有效辐射求解节点代数方程得出节点处表面有效辐射(4) 按下面公式确定每个表面的净辐射换热量按下面公式确定每个表面的净辐射换热量注注意意：用用网网络络法法求求不不出出多多个个表表面面组组成成的的封封闭闭系系统统中中任意两个表面之间的辐射换热量任意两个表面之间的辐射换热量可用可用多次反射法多次反射法、表面交换系数法表面交换系数法二、三表面封闭系统中的两个重要特例二、三表面封闭系统中的两个重要特例在封闭空腔中，有两个重要的特例：在封闭空腔中，有两个重要的特
8、例：(1) 某个表面为黑体表面某个表面为黑体表面(2) 某个表面为绝热表面某个表面为绝热表面/重辐射表面重辐射表面 1、有一个表面为黑体、有一个表面为黑体假设表面假设表面3为黑体为黑体。表面热阻。表面热阻 。此时，此时，J3由黑体表面的温度决定，是一个定值由黑体表面的温度决定，是一个定值该表面的净辐射热流并不为零！该表面的净辐射热流并不为零！因而因而 2、有一个表面绝热，即净辐射换热量为零、有一个表面绝热，即净辐射换热量为零/重辐射面重辐射面假设表面假设表面3绝热。绝热。则：则：无论该表面辐射率大小，均有无论该表面辐射率大小，均有该表面有效辐射等于某一温度黑体辐射。该表面有效辐射等于某一温度黑
9、体辐射。这这种种情情形形与与情情形形(a)不不同同。此此时时，绝绝热热表表面面温温度度是是未未知知的的，由由其其他他两两个个表表面面决决定定。 是是一一个个浮浮动动的的“电电势势”，它取决于，它取决于 及其间的表面热阻。及其间的表面热阻。绝热表面温度与其发射率无关绝热表面温度与其发射率无关 引起引起J3=Eb3的原因不同的原因不同表面热阻表面热阻=0表面热流表面热流=0 确定确定J3的因素不同，固定值的因素不同，固定值/浮动值浮动值J3由黑体表面温度决定由黑体表面温度决定J3由其它表面决定由其它表面决定 表面热流和温度的依变关系不同表面热流和温度的依变关系不同绝热表面温度待定绝热表面温度待定表
10、面温度确定，表面温度确定，热流待定热流待定 思考思考有有人人认认为为，重重辐辐射射表表面面是是一一个个绝绝热热表表面面，因因此此在在整整个个辐辐射射系系统统中中不不参参与与辐辐射射换换热热，因因此此重重辐辐射射作作用用不不会影响其它表面的辐射换热。你同意这一观点吗？会影响其它表面的辐射换热。你同意这一观点吗？举例说明！举例说明！重重辐辐射射面面：在在辐辐射射换换热热系系统统中中，表表面面温温度度未未定定、净净辐辐射换热量为零的表面。绝热表面即为重辐射面之一。射换热量为零的表面。绝热表面即为重辐射面之一。重辐射作用影响其他表面的辐射换热重辐射作用影响其他表面的辐射换热 例题例题7-2有有一一长长
11、3m、宽宽3m、高高2.5m的的房房间间，地地板板温温度度为为25，天天花花板板温温度度为为13，四四周周墙墙壁壁都都是是绝绝热热的的。各各表表面面的的辐辐射射率率均均为为0.8，求求地地板板和和天天花花板板之之间间的的辐射换热量以及墙壁的温度。辐射换热量以及墙壁的温度。本题为含重辐射表面的三表面系统的辐射本题为含重辐射表面的三表面系统的辐射换热问题，即将四周墙壁视为一个表面。换热问题，即将四周墙壁视为一个表面。 三、遮热板三、遮热板 在在某某些些情情形形下下必必须须削削弱弱二二物物体体表表面面间间的的辐辐射换热。射换热。 若若表表面面的的尺尺度度、温温度度和和黑黑度度无无法法改改变变，可可加
12、遮热板加遮热板增增加加热热阻阻以以减减小小换热量换热量稳态条件下稳态条件下：假设各表面的黑度均相等，假设各表面的黑度均相等，即：即：整理，得：整理，得：即即：加加入入一一块块与与壁壁面面黑黑度度相相同同的的遮遮热热薄薄板板后后，壁壁面面辐辐射射换换热热量量减减半半；当当加加入入n块块与与壁壁面面黑黑度度相相同同的的遮遮热热薄板后，壁面辐射换热量减小到原来的薄板后，壁面辐射换热量减小到原来的1/(n+1) 实实际际上上，遮遮热热板板选选用用黑黑度度小小或或反反射射率率高高的的材材料料，远远小于，遮热效果比上述分析的结果更有效。小于，遮热效果比上述分析的结果更有效。如：表面磨光的金属薄板、铝箔等如：表面磨光的金属薄板、铝箔等网络图：网络图：两漫灰平行平板间存在着辐射换热，并保持表面温两漫灰平行平板间存在着辐射换热，并保持表面温度度T1T2，表面发射率分别为，表面发射率分别为 1、 2 。为减少两板。为减少两板间的辐射热流，用一个两侧发射率不同的薄遮热板间的辐射热流，用一个两侧发射率不同的薄遮热板将两板隔开。试问：将两板隔开。试问： (1) 为使两板之间的辐射热流有最大的减少，遮为使两板之间的辐射热流有最大的减少，遮热板应如何放置？热板应如何放置？ (2) 为使遮热板的温度升高最小，遮热板应如何为使遮热板的温度升高最小，遮热板应如何放置？放置？思考思考
