[工学]第9章 辐射换热的计算备份.pptVIP

它只在某谱带内具有发射和吸收辐射的本领，而对于其他谱带则呈现透明状态。 1 气体辐射的特点 (1) 气体辐射对波长具有选择性 CO2 和H2O的主要吸收谱带 气体不是灰体 辐射可以进入气体，并在其内部进行传递，最后有一部分会穿透气体而到达外部或固体壁面，因而，气体的发射率和吸收比与容器的形状和容积大小有关。 (2) 气体的辐射和吸收是在整个容积中进行的 当热辐射进入吸收性气体层时，因沿途被气体吸收而衰减。假设投射到气体界面 x = 0 处的光谱辐射强度为 ，通过一段距离x后，该辐射变为 。再通过微元气体层 dx 后，其衰减量为 。 理论上已经证明， 与行程 dx 成正比，设比例系数为Kλ，则有: 2 光谱辐射能在气体中的定向传递 光谱辐射穿过气体层时的衰减 式中，负号表示吸收，Kλ为光谱衰减系数，m-1，取决于气体的种类、密度和波长。对上式进行积分: 贝尔(Beer) 定律 式中，s 是辐射通过的路程长度。从上式可知，热辐射在气体内呈指数规律衰减。 光谱穿透比 对于气体，反射率为零，于是有: 气体辐射的光谱吸收比、光谱发射率 根据Kirchhoff定律，光谱发射率为: 工程中作为关心的是确定气体所有谱带内辐射能量的总和。 3 平均射线程长的确定 气体的发射率εg，与射线程长s关系密切，而s取决于气体容积的形状和尺寸。 气体对不同地区的辐射 式中，V为气体容积，m3；A为包壁面积，m2。 典型几何容积的气体对整个包壁的平均射线程长列于p422表9-3中。 在缺少资料的情况下，任意形状气体对整个包壁的平均射线程长可按下式计算： 为了使射线程长均匀，人们引入了当量半球的概念，将不是球形的容积等效为半球。则其半径就是等效的射线程长. εg除了与s有关外，还与气体的温度和气体的分压力有关，于是有如下关系: 利用上面的关系，可以采用试验获得 εg ，图9-31给出了 pH2O=0时的水蒸气发射率ε*H2O 的图线。图9-42则是其修正系数CH2O ，于是，水蒸气的发射率为 4 水蒸气、二氧化碳发射率、吸收比的经验确定图线 图9-31 图9-32 修正系数 对应于CO2的图分别是9-33和图9-34。于是： 图9-34 修正系数 CCO2 当气体中同时存在二氧化碳和水蒸气时，气体的发射率由下式给出: 式中，Δε是修正量，由图9-35给出。 水蒸气和二氧化碳对黑体包壳内热辐射的吸收比 式中修正系数CH2O和 CCO2 与发射率公式中的处理方法相同，而 α*H2O ， α*CO2 和Δα的确定可以采用下面的经验公式: 在气体发射率和吸收比确定后，气体与黑体外壳之间的辐射换热公式为: 5. 气体与黑体包壳间的辐射传热计算 §9-5 辐射传热的控制（强化与削弱） 1. 控制物体表面间辐射传热的方法 对非黑体，可控制 1）控制表面热阻： 2）控制空间热阻： 强化两表面间辐射的措施： 强化辐射换热的措施：增大X1,2或增大εs 两表面间辐射换热公式： 增大εs－增大ε1和/或ε2。 当A1/A2很小时，增大ε2无效； 当A1/A2很大时，增大ε1无效。 稳态条件下: 设发射率都相等: 则: 代入, 得: 削弱两表面间辐射的措施： 减小X1,2或减小εs或加遮热板 遮热板应用实例自己看书 复合换热系数ht (p438) 对流表面换热系数hc + 辐射换热表面传热系数hr 令: 作业：42 表面为黑体 * * 第九章 辐射传热的计算 注：本章如无特别说明，表面均为漫灰表面 §9-1 辐射传热的角系数 两表面间辐射换热与二者之间相对位置有关。 角系数：表面1发出辐射能中落到表面2上的份额称为表面1对表面2的角系数，记为X1,2。2?1时， X2,1 假定：1）表面为漫射；2）表面不同地点发射辐射热流密度相同。 根据假定，物体表面温度和发射率改变只影响辐射能大小而不改变空间相对分布。于是角系数是一个几何因子 一、角系数定义及计算假定 二、角系数性质 1. 角系数的相对性（reciprocity rule） dΩ1 θ1 θ2 dA1 dA2 n1 n2 P r 同理： 由上述两式可得： 上式为两微元面间角系数相对性关系式，表明两个角系数不是独立的。 2. 角系数的完整性(summation rule) 两个有限大小表面间角系数相对性关系式： X1,2 X1,3 X1,4 X1,5 X1,6 1 2 3 4 5 6 封闭空腔各表面的角系数间具有如下关系： 表面1为非凹表面时，X1,1=0; 凹表面时X1,1≠0 此关系为角系数的完整性 3. 角系数的可加性(superposition rule) 2a 2b 1 若表面2分成n块，则有： 注意： 三、角系数计算方法 θ