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三、灰表面间的辐射换热

有效辐射 J 为灰体本身的辐射（辐 射力 E ）与反射辐射（ ）之和：. 三、灰表面间的辐射换热. — 黑体不反射. 黑体表面：. — 灰体反射. 灰体表面：. 在灰体表面间存在多次吸收、反射现象. 1 、有效辐射 J （ Radiosity ） :. 假设：灰体； ；投射辐射 G. 有效辐射 J ：单位时间内、由灰体 的单位表面积所射离的总能量. 2 、灰表面的辐射换热量 :. 从表面外部或内部分析：（换热量）. 对于漫 - 灰表面：. 消去 G 1 ，得：. 灰表面的辐射换热量 :. 表面网络单元 表面辐射热阻.

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三、灰表面间的辐射换热

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Presentation Transcript

  1. 有效辐射J为灰体本身的辐射（辐 射力E）与反射辐射（ ）之和： 三、灰表面间的辐射换热 — 黑体不反射 黑体表面： — 灰体反射 灰体表面： 在灰体表面间存在多次吸收、反射现象 1、有效辐射J（Radiosity）: 假设：灰体； ；投射辐射G 有效辐射J：单位时间内、由灰体 的单位表面积所射离的总能量

  2. 2、灰表面的辐射换热量: 从表面外部或内部分析：（换热量） 对于漫-灰表面： 消去G1，得：

  3. 灰表面的辐射换热量: 表面网络单元 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 黑度和表面积越大、表面辐射热阻越小 对于黑体： 表面辐射热阻为0，

  4. 如果灰体获得热量： 任意放置的二灰体表面和之间进行换热： 角系数分别为

  5. 空间网络单元 空间辐射热阻

  6. 3、由二表面构成的封闭系统中的辐射换热 对于表面A1为平表面(a)或凸表面(b)： 表面A1失去的能量： 表面A1和A2之间的换热量： 表面A2获得的能量：

  7. 稳态条件下：

  8. 对于表面A1为凹表面(c)： 加一个虚构的表面A3： 表面A1失去的能量到达表面A2 的部分： 表面A1和A2之间的换热量： 表面A2获得的能量：

  9. ——相当于表面A3与A2之间的换热

  10. 几种特例： （1）表面A1和A2为黑体时 黑体表面不存在表面辐射热阻 （2）小圆球在大圆球中 若A2 >> A1，而 较大：

  11. （4）长套管（小圆柱在大圆柱内） （3）二相距较近并平行放置的大平板

  12. 4、封闭空腔多个灰表面间的辐射换热 网络法：通过网络图求解辐射换热方法 为了确定每个表面的换热量，必须知道每个表面的有效辐射

  13. 基尔霍夫电流定律：流入每个节点的电流（热流）基尔霍夫电流定律：流入每个节点的电流（热流） 总和为零 节点1：

  14. 节点2： 节点3：

  15. 节点1： 节点2： 节点3： 联立求解可以得到各表面的有效辐射

  16. 各表面的辐射净换热量：

  17. 网络法小结： (1) 画出等效网络图 (2) 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 (4) 按下面公式确定每个表面的净辐射换热量 注意：用网络法求不出多个表面组成的封闭系统中任意两个表面之间的辐射换热量 可用多次反射法、表面交换系数法

  18. 在三表面封闭系统中有两个重要特例 （a）有一个表面为黑体： 因而 假设表面3为黑体。表面热阻 。

  19. （b）有一个表面绝热，即净辐射换热量为零: 假设表面3绝热。则： 该表面有效辐射等于某一温度黑体辐射。 这种情形与情形(a)不同。此时，绝热表面温度是未知的，由其他两个表面决定。 是一个浮动的“电势”，它取决于 及其间的表面热阻。

  20. 这种情形与情形(a)不同。此时，绝热表面温度是未知的，由其他两个表面决定。 是一个浮动的“电势”，它取决于 及其间的表面热阻。 网络图： 重辐射面：在辐射换热系统中，表面温度未定、净辐射换热量为零的表面。绝热表面即为重辐射面之一。 工程辐射换热计算中常遇到重辐射面的情形：如: 电炉及加热炉中保温很好的耐火墙；可认为它把落在其表面上的辐射能又完全重新辐射出去 — 重辐射面 重辐射作用影响其他表面的辐射换热

  21. 四、遮热板 在某些情形下必须削弱二物体表面间的辐射换热 若表面的尺度、温度和黑度无法改变，可加遮热板 增加热阻以减小换热量

  22. 稳态条件下： 假设各表面的黑度均相等，即： 整理，得：

  23. 即：加入一块与壁面黑度相同的遮热薄板后，壁面辐射换热量减半；当加入n块与壁面黑度相同的遮热薄板后，壁面辐射换热量减小到原来的1/(n+1) 实际上，遮热板选用黑度小或反射率高的材料，远小于，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 网络图：

  24. §8-4 气体辐射 气体辐射的选择性： N2、O2等非极性分子在低温下不具备辐射性；但CO2、H2O和其他碳氢化合物在一定的波长范围内具有辐射能力。 水蒸气的辐射率

  25. §8-5 辐射气体介质中的辐射网络 表面1和表面2之间的热交换 离开表面1穿过m到达表面2的能量为 离开表面2穿过m到达表面1的能量为 表面1和表面2之间的辐射能为 即

  26. 表面1和m之间的热交换 介质m的发射辐射能为 离开介质到达表面1的能量为 离开表面1到达介质的能量为 表面1和介质之间的净辐射能为 利用交换关系 其中

  27. 固体表面被双层气体介质分隔 表面1和m之间的能量交换 表面2和n之间的能量交换 离开表面1到达表面2的能量为 离开表面2到达表面1的能量为 表面1和2之间的交换能量为

  28. 离开表面1被n吸收的能量为 由于 所以，由n发射到达1的能量为 1与n之间的净辐射换热量为 同理，2与m之间的净辐射换热量为

  29. 离开表面m被n吸收的能量为 离开表面n被m吸收的能量为 m和n之间的净辐射能量为

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