第3章 辐射传热幻灯片.pptVIP

式中 αΣ2是炉墙对空气的综合换热系数，当外壁温度为100~200℃时，由于空气条件变化不大，αΣ2一般在15~20W·m-2·℃-1，所以得到 1面吸收来自2面的热量： E2 a1+ E2(1-a1) (1-a2)a1+…… = E2 a1 (1+p+p2+……) = 1面热量收支差额为 ： 按四次方定律： 代入上式得 ： 3.3.2 任意放置的两灰体表面组成的封闭体系间的辐射换热 1、角度系数 如图3-10所示，两微元面dA1和dA2中心距离为r，面积和温度分别为A1、T1和A2、T2，连线r与它们的法线的夹角分别为φ1和φ2。1面辐射出去的能量不能全部落到2面上，我们把1面辐射出去的总能量落在2面上的份数称为1面对2面的角度系数，用φ12表示。 根据兰贝特定律，两个微元面间的热交换为： 上式积分得到： 得角度系数定义式： 从定义式可看到：φ只与物体表面形状、大小、距离、相互位置等几何因素有关，它是一个纯几何参数。通过上式计算十分繁琐，一般应用时只需计算一些简单封闭体系的角度系数，这可利用角度系数的一些特性完成。角度系数具有以下特性 ： ① 角度系数的互换性（互变原理）A1φ12=A2φ12 ② 直线传播原则（不能“自见”性） 平面和凸面辐射出来的能量不能落在自身上，即不能“自见” ③ 角度系数的完整性 对几个凸面或平面组成的封闭体系，由Q=Q1-2+Q1-3+Q1-3+…得： 根据角度系数的上述特性，可以容易地得到冶金上常见的几种辐射换热情况的角度系数. 图3-11 冶金炉常见几种情况的角度系数 2、有效辐射是从指定表面发出的全部辐射能的总合，或离开指定表面的全部辐射能的总合，用Qe表示。 3、任意放置的两灰体表面组成的封闭体系间的辐射换热 现假设有两个任意放置的表面组成的封闭体系，两表面的温度、吸收率、黑度和面积分别为T1、a1、ε1、A1及T2、a2、ε2、A2，透过率D1=D2=0。用φ12表示1面对2面的角度系数，用φ21表示2面对1面的角度系数。 根据热平衡，一个表面得到的净热量等于投射到该表面的热量减去该表面有效辐射所得的差额. 从2面之外观察，2面得到的净热量为 Q2＝Qe1φ12+ Qe2φ22－Qe2 ＝Qe1φ12+ Qe2（φ22－1） ＝Qe1φ12－Qe2φ21 从2面之内观察，2面得到的净热量为 联解两式，得到 ｛ 代回Q2表达式，得： 由于 所以 例题3.1 设马弗炉内表面A2=1m2，温度为900℃，黑度为0.8；炉底架子上有两块钢坯互相紧靠着正在加热，料坯断面为50mm×50mm×1000mm，钢的黑度为0.7。求金属温度500℃时炉壁对金属的辐射传热量。 解： ε1=0.7，T1=500+273=773K，A1=6×0.5×1=0.3m2；ε2=0.8，T2=900+273=1173K，A2=1m2 根据图3-11第二种情况，坯料与炉壁之间的角度系数φ11=0，φ12=1；φ21=0.3/0.1=0.3，φ22=0.7； 即炉壁对金属的辐射传热量为17380W 3.4 气体辐射 3.4.1 气体辐射特点 1）气体对热射线的辐射和吸收具有选择性 固体的辐射光谱是连续的，能够辐射λ从0～∞几乎所有波长的电磁波。而气体只辐射和吸收某些波长范围内的射线。例如CO2和H2O的辐射和吸收各有三个波段 单原子气体和对称双原子气体（如O2、N2、H2等）的辐射和吸收能力都很小，可以认为是热辐射的透明体，即A＝0、R=0、D=1；三原子气体（如CO2、H2O、SO2等）、多原子气体（如CH4等）和不对称双原子气体（如CO等）则有较强的辐射能力。 2）气体对热射线的辐射和吸收在容积内进行 固体对热射线的辐射和吸收在固体表面（δ＝0.00001~0.1mm）进行，内部靠传导传热。但对气体来说，当射线穿越气层时，气体在整个容积内对射线边透过边吸收，能量因被吸收而逐渐减弱。所以，气体对射线的吸收率ag取决于沿途所碰到的分子数N，而N与该气体的分压P和射线行程长度S及气体温度T有关，故 ag=f（P·S，T） 3）克希荷夫同样适合气体辐射 气体的黑度也等于同温度下的吸收率，即ag=εg，因此气体的黑度也是该气体的分压P和射线行程长度S及气体温度T的函数。 气体黑度是指气体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能力之比， 实际工程中，εg 通过实验测定，并将实验数据整理成图表 3.4.2 气体的黑度 混合气体的黑度等于每种气体黑度的代数和，例如对CO2和