传热学课堂练习课件

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1、第六章第六章 辐射换热辐射换热(Radiative Heat Transfer)v例例6-1 试解释下列名词 （1）有效辐射；（2）表面辐射热阻；（3）重辐射面；（4）遮热板。v解解：(1)有效辐射：有效辐射：包括辐射表面的自身辐射E和该表面对投入辐射的反射辐射 ，记为 ，即 。 (2)表面辐射热阻：表面辐射热阻：当物体表面不是黑体表面或表面面积不是无限大时，该表面不能全部吸收外来投射辐射能量，这相当于表面存在热阻。该热阻称为表面辐射热阻。以 表示，取决于表面辐射特性。 (3)重辐射面：重辐射面：辐射换热中系统中，表面的净辐射换热量为零的表面 (4)遮热板：遮热板：插入两个换热表面之间用以削弱

2、辐射换热的薄板。典型题精解 例例6-2 两块平行放置的平板表面发射率为0.6，其板间距远小于板的宽度和高度，且两表面温度分别为, 试确定：（1）板1的自身辐射；（2）对板1的投入辐射；（3）板1的反射辐射；（4）板1的有效辐射；（5）板2的有效辐射；（6）板1,2间的辐射换热量. (2)板1的投入辐射，即板2的有效辐射 。为此，先求两板间的辐射换热热流密度解解： 例例6-3 黑体表面与重辐射表面均具有 。这是否意味着黑体表面与重辐射表面具有相同的性质？ 解解：虽然黑体表面与重辐射表面均具有的特点，但两者具有不同的性质。黑体表面的温度不依赖于其它参与辐射的表面，相当于源热势。而重辐射表面的温度则

3、是浮动的，取决于参与辐射的其它表面。例例6-4 试证明：在两个平行平板之间加上N 块遮热板后，辐射换热量将减小到无遮热板时的 。设各板均为漫灰表面，且发射率相同.解解： 例例6-5 北方深秋季节的清晨，树叶叶面上常常结霜。试问树叶上、下表面的哪一面结霜？为什么？ 解解：霜会结在树叶的上表面。因为清晨，上表面朝向太空，下表面朝向地面。而太空表面温度低于摄氏零度，而地球表面温度一般在摄氏零度以上。由于相对树叶下表面来说，其上表面需要向空间辐射更多能量，所以树叶下表面温度较高，而上表面温度较低且可能低于零度，因而容易结霜。例例6-6 “善于发射的物体必善于吸收”，即物体辐射力越大，其吸收比也越大。你

4、认为对吗？ 解解：基尔霍夫定律对实际物体成立必须满足两个条件：物体与辐射源处于热平衡，辐射源为黑体。也即物体辐射力越大，其对同样温度的黑体辐射吸收比也越大，善于发射的物体，必善于吸收同温度下的黑体辐射。所以上述说法不正确。例例6-7 一个电加热箱，内部尺寸是 ，内部温度为1500 K，内表面黑度是0.8。试计算通过一个面积为 的窥视孔射出的辐射能量。假定窥视孔无玻璃覆盖，各辐射面都是灰体，并忽略外界对这种辐射的影响。 解解： 设加热箱内表面温度、发射率、面积、有效辐射和同温度下的黑体辐射力分别为 ；窥视孔的发射率、面积、有效辐射分别为 。根据题意有 在忽略外界通过窥视孔射入的辐射能时，同时，窥

5、视孔向外界的有辐射能为由于窥视孔的反射率等于0，故那么窥视孔的相当发射率为 从窥视孔射出的辐射能量即为 讨论 对本题中的小孔，由于其面积远小于空腔的内表面面积，所以小孔的发射率 很大，十分接近1。这样小孔就是一个人工黑体。例例6-8 两同心圆筒壁，直径分别为300mm和50mm温度分别为 和 ，表面发射率均为0.6。为减少辐射换热，在它们之间置入一同心圆筒状遮热罩，直径为150mm，表面发射率为0.2。试画出加遮热罩后的辐射换热网络图，并计算两种情况下单位长度套筒壁间的辐射换热量。J1J2Eb2Eb11，2(1-1)/ A11 1/ A1X12 (1-2)/ A22图a) 未加遮热罩时辐射换热

6、网络图解解：（1）没有遮热罩时的辐射换热网络图如图内外筒壁间的辐射换热热量为式中 ,单位长度上换热量为 （2）设遮热罩为表面3，其面向外圆筒一侧记为3R，面向内圆筒一侧记为3L。有遮热罩时，辐射换热的网络图为： Eb1Eb2J1J2(1-1)/ A11 1/ A1X13 (1-3)/ A33 (1-3)/ A33 1/ A1X13 (1-2)/ A22J31J32Eb31,2图b) 加遮热罩后辐射换热网络图内外筒壁间辐射换热量为式中 。单位长度上的换热量为： 例例6-9 用裸露热电偶测量炉膛内的烟气温度，炉膛内壁温为 ，烟气的真实温度为 ，热电偶测得的读数为 。热电偶的表面发射率为 ，烟气对热

7、电偶对流换热的表面传热系数为h。如忽略热电偶因导热引起的误差，设烟气为辐射透明介质，试导出稳态情况下，反映热电偶测量的烟气温度表达式，并对测量误差的产生和消除进行讨论。解解：热电偶与炉壁间有辐射换热 热电偶与烟气之间与有对流换热 稳态情况下 ，所以 (a)v 结果表明，若 ，必有 。式(a)右边第二项数值越小，则测量误差越小。所以为减小热电偶测量误差，可采取如下措施: v(1) 小热电偶表面发射率 ，这与热电偶的材料及面积有关。v(2) 提高烟气对热电偶的表面传热系数h，一般采用抽气装置使热电偶附近的局部流速得以提高。v(3) 降低 ，具体做法有两个：其一是在热电偶外面加一遮热罩；其二是在锅炉

8、外壁面敷以绝热层使 提高。例例6-10 用热电偶测量炉膛内烟气温度。已知炉膛内壁面温度 ，用裸露热电偶测量时，烟气的热电偶对流换热的表面传热系数为 ，热电偶测量读书 ，问烟气的真实温度 为多少？为了减小热电偶侧温误差，在热电偶外面加装遮热罩。使用遮热罩后，由于抽气的原因，遮热罩的对流换热表面传热系数增加到 。试求加遮热罩后热电偶的测量读数 。热电偶与遮热罩的表面发射率均为解解：(1)求烟气的真实温度，由例6-9， v(2) 求遮热罩壁面温度 。烟气一对流方式传热给遮热罩内，外两个表面的热流密度 为 遮热罩对炉膛内壁的辐射换热量 为 稳态时，在忽略热电偶与遮热罩间辐射换热的条件下， 。用迭代法求

9、解式(b),式(c)得： (3) 求有遮热罩时热电偶得测量温度读数 。烟气对热电偶的对流换热量 为 稳态条件下， 。同样用迭代法求解式（d），式（e）得； 热电偶对遮热罩的辐射换热 为 讨论讨论 用裸露热电偶测量烟气温度，测量的绝对误差为 相对误差为 例例6-11 考察一长4m，宽3m的房间，地板和天花板之间的距离为2.5m。房间的四个壁面是绝热的，由于使用电阻加热器，使地板表面保持温度为 天花板表面温度为 并有热损失。若所有表面的发射率均为0.9，问由于热辐射造成的房间热损失是多少？ 解解：由地板 ，天花板 和四个墙壁 构成的封闭系统辐射网络图为 加装遮热罩后，测量的绝对误差为 ，相对误差为 由于墙壁为绝热表面，其表面的净辐射换热量为0。这时可以认为它把落在其表面上的辐射能又完全重新辐射出去，因而被称为重辐射面。虽然重辐射面与换热面之间无净辐射热量交换，但它的重辐射作用却影响到其它表面间的辐射换热。对于三表面系统，当有一个表面为重辐射面时，其余两表面的净辐射换热量可以方便的根据网络图计算为Eb1Eb2J1J2J3=Eb3(1-1)/ A11 1/ A1X12 (1-2)/ A22 1/ A1X13 1/ A2X23 式中总热阻为 类比电学原理，并联网络的等效热阻 为根据角系数完整性， 于是 由于辐射造成房间的热损失为696.9W。