【热工学课件】固体表面间的辐射换热.pptVIP

* * 第二章 热 量 传 输 * 第二章 热 量 传 输 第九讲: 一、本课的基本要求： 1. 正确掌握角度系数的定义、定义式、特点、几种特殊形状的角度系数。 2. 辐射换热中的几个基本概念：自身辐射、吸收辐射、反射辐射、投射辐射、有效辐射。 3. 会计算任意两灰面组成封闭体系的辐射换热量。 4. 理解辐射换热的网络求法，掌握表面热阻、空间热阻的表达式，认识遮热板的应用。 固体表面间的辐射换热 二、本课的重点、难点： 1. 本课的重点是角度系数及辐射换热量的计算。 2. 本课的难点是求解任意两灰面间的辐射换热量。 2.4.3 固体表面间的辐射换热 1. 角度系数 （1）角度系数的定义及求法 定义：任意两表面所组成的体系，其中一个表面所发射 的辐射能投射到另一个表面上的能量占发射总能量的百分数，称为第一表面对第二表面的辐射角度系数，记为?12。 同理，第二表面对第一表面的辐射 角度系数为?21。 定义式： 特点： ① 角度系数是一个纯几何参数，?12及?21只与A1，A2的大小及它们的相互位置有关。 ② 相互性（即互变关系）：?21A2 ③ 整体性：?12+?13+?14+?15+??1n=1 值得注意的是： 上式存在的条件是表面均为平面或凸面，称为不可自见面。若有凹面，称为可自见面，则上式应为： ?11+ ?12+?13+?14+?15+??1n=1 （2）用代数法求角度系数 两无限大平面： ?11=?22=0，?21=?12=1 一可自见面与一不可自见面： ?11=0，，?12=1 ?21= A1/A2，?22=1??21=1? A1/A2 两个可自见面： ?11= A1/ A1+A2，?12= A2/ A1+A2 ?21= A1/ A1+A2，?22= A2/ A1+A2 2. 两灰面之间的辐射换热 （1）有效辐射 自身辐射：被研究表面按四次方定律在一定温度下所发射的辐射能量，用Qs表示，且 吸收辐射：被研究表面对外界投射到其表面被吸收的辐射能量，用Qa表示。 反射辐射：被研究表面反射的辐射能量，用Qr表示。 投射辐射：投到被研究表面辐射能的总和，用QG表示。 有效辐射：自被研究表面发出的辐射能的总和，用 QJ表示，显然有 QJ = Qs + Qr 差额热量：被研究表面与其他表面换热时，热量的 净收入或净支出，用Q表示。 （2）任意两灰面之间的辐射换热 假定任意两灰面组成封闭体系，两表面之间没有辐射气体，参看书上169页图2-4-17，则差额热量可表示为： Q= Qa ? Qs （1） 也可表示为： Q= QG ? QJ （2） 两式消去QG，得 QJ =（1/??1）Q+ Cb（T/100）4A （3） 结论：黑体的有效辐射就是自身辐射。 将（3）式应用于封闭体系内两灰面，则其有效辐射分 别为 表面的差额热量可表示为： Q1= QJ2 ?21 ? QJ1 ?12 整理后得： 上式就是任意两灰面之间辐射换热计算式。 适用条件：封闭体系。 影响辐射换热的主要因素有： 温度 黑度 角度系数 特例：两无限大平板之间的辐射换热 因为?12=?21=1 所以： 又因为： 所以 3. 辐射换热的网络解法 网络解法的基础是灰体的有效辐射的概念。 它是根据辐射热量传输与电量传输的类似性， 把辐射换热系统模拟为电路系统，借助于电路原理来求解辐射换热的一种方法。这种方法的优点在于等效电路可使物理概念直观而明了。 表面热阻：1??/?A 表面热阻存在的原因：因为表面是灰体而不是黑体，若表面为黑体，则该热阻为零。 空间热阻：1/?12A1 空间热阻主要受空间因素的影响。若物体面积越小或角度系数越小，则该项热阻将会越大。