第九章 炉内辐射传热计算PPT课件
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锅炉原理课件第九篇章炉内辐射传热计算(二)
背景
随着工业技术的发展，锅炉在能源转换和利用中的地位日益 重要。炉内辐射传热作为锅炉效率的关键因素，对其进行精 确计算对于优化锅炉性能、提高能源利用效率和减少环境污 染具有重要意义。
重要性
理论基础
炉内辐射传热计算是锅炉设计和运行的理论基础，对于理解锅炉内部热力过程、 优化燃料燃烧和热能转换具有关键作用。
详细描述
燃烧效率问题通常与燃料质量、燃烧器设计、炉膛温度控制等因素有关。解决方案包括选用优质燃料 、改进燃烧器设计、优化炉膛温度控制等措施，以提高燃烧效率，减少能源浪费和污染物排放。
烟气温度控制问题
总结词
烟气温度过高或过低会影响锅炉效率和安全性，需要进行合理控制。
详细描述
烟气温度控制问题可能是由于锅炉负荷变化、燃料变化或燃烧工况不佳等原因引起的。解决方案包括根据锅炉负 荷和燃料变化调整燃烧工况、采用烟气温度控制系统等措施，以保持烟气温度在合理范围内，提高锅炉效率和安 全性。
锅炉原理课件第九篇章 炉内辐射传热计算(二)
目录 CONTENT
• 引言 • 炉内辐射传热基础 • 炉内辐射传热计算方法 • 实际应用中的问题与解决方案 • 未来研究方向与展望
01
引言
目的和背景
目的
炉内辐射传热计算是锅炉原理中的重要部分，本篇章旨在深 入探讨这一主题，为读者提供全面的理解和应用基础。
总结词
智能化控制系统的应用可以提高锅炉的运行 效率和安全性。
详细描述
随着人工智能和物联网技术的发展，智能化 控制系统在锅炉中的应用成为可能。通过智 能化控制系统，可以实现锅炉的自动化控制 、实时监测和预警等功能，从而提高锅炉的 运行效率和安全性。同时，智能化控制系统 还可以帮助企业实现能源管理和节能减排，
随着工业技术的发展，锅炉在能源转换和利用中的地位日益 重要。炉内辐射传热作为锅炉效率的关键因素，对其进行精 确计算对于优化锅炉性能、提高能源利用效率和减少环境污 染具有重要意义。
重要性
理论基础
炉内辐射传热计算是锅炉设计和运行的理论基础，对于理解锅炉内部热力过程、 优化燃料燃烧和热能转换具有关键作用。
详细描述
燃烧效率问题通常与燃料质量、燃烧器设计、炉膛温度控制等因素有关。解决方案包括选用优质燃料 、改进燃烧器设计、优化炉膛温度控制等措施，以提高燃烧效率，减少能源浪费和污染物排放。
烟气温度控制问题
总结词
烟气温度过高或过低会影响锅炉效率和安全性，需要进行合理控制。
详细描述
烟气温度控制问题可能是由于锅炉负荷变化、燃料变化或燃烧工况不佳等原因引起的。解决方案包括根据锅炉负 荷和燃料变化调整燃烧工况、采用烟气温度控制系统等措施，以保持烟气温度在合理范围内，提高锅炉效率和安 全性。
锅炉原理课件第九篇章 炉内辐射传热计算(二)
目录 CONTENT
• 引言 • 炉内辐射传热基础 • 炉内辐射传热计算方法 • 实际应用中的问题与解决方案 • 未来研究方向与展望
01
引言
目的和背景
目的
炉内辐射传热计算是锅炉原理中的重要部分，本篇章旨在深 入探讨这一主题，为读者提供全面的理解和应用基础。
总结词
智能化控制系统的应用可以提高锅炉的运行 效率和安全性。
详细描述
随着人工智能和物联网技术的发展，智能化 控制系统在锅炉中的应用成为可能。通过智 能化控制系统，可以实现锅炉的自动化控制 、实时监测和预警等功能，从而提高锅炉的 运行效率和安全性。同时，智能化控制系统 还可以帮助企业实现能源管理和节能减排，
V4-第九章-辐射传热的计算-2014
列出节点的电流（热流量）方程；
传热学 Heat Transfer
9-3 多表面系统辐射换热的计算 网络法求解辐射换热的步骤： 4. 求解节点的电流（热流量）方程，得到节点热势（即有效辐射J ），每个表面对应
一个J，N个表面得到J1～JN；
5. 计算每个表面的净辐射换热量Фi，以及两个表面间的辐射换热量Фi，j。
传热学 Heat Transfer
9-2 被透热介质隔开的两固体表面间的辐射换热
2
被透热介质隔开的两漫灰表面间的辐射换热 漫灰表面间辐射换热量 q 与有效辐射J 的关联：
q J G
J Eb ( 1)q
1
q Eb G
q
Eb J 1
关联式具有普遍性，注意是针对同一表面， 且以向外的净放热为正值。
任一表面的净辐射换热量：
i
Ebi J i 1 i i Ai
两表面间的辐射换热量：
i, j
Ji J j 1 Ai X i , j
传热学 Heat Transfer
9-3 多表面系统辐射换热的计算 网络法求解辐射换热的两个特例：
1
一个表面为黑体或面积无穷大，对应的表面辐射热阻＝0，Ji＝Ebi
传热学 Heat Transfer
9-1 角系数的定义、性质与计算 角系数的计算 直接积分法
1
代数分析法
几何分析法、蒙特卡罗法…
直接积分法： 利用角系数的基本定义通过多重积分求解。
四重积分太复杂？
常见几何结构角系数的求解查图表 （教材图9-7～9-9、表9-1、9-2）
9-1 角系数的定义、性质与计算
角系数的计算
直接积分法 代数分析法 几何分析法、蒙特卡罗法…
辐射传热的计算
基本定律 ：1. 普朗克定律
2. 斯狄芬-玻耳兹曼定律（维恩位移定律）
3. 兰贝特定律
4.基尔霍夫定律
基本原理： 1.辐射换热的分析与计算（四大部分）
2.遮热板原理的分析与计算
5.67 (1T010
)4
( T2 100
1 1 1
)
4
B(T14
T24 )
1 2
1 2
有板3时，对稳态有： q1,2’=q1,3=q3,2；其中q1,3=B(T14-T34)
图11 遮热板
q3,2=B(T34-T24);而q1,3+q3,2=B(T14-T34)+B(T34-T24)=B(T14-T24)= q1,2
这些都是用减少发射率(吸收比)的方法来削弱换热的例子。
在实际工程应用中，多采用遮热板来减少辐射换热的方法。
所谓遮热板，是指插入两个辐射换热表面之间以削弱辐射 换热的薄板。
如图11所示
假设 1 2 3 只考虑单位面积
无板3时，
q1,2
(Eb1 Eb2 ) 1 1 1
A11 A1 X1,2 A2 2
2. 三灰表面间的辐射换热
应用电学中的基尔霍夫定律， 可列出节点的热流方程：
J1 :
Eb1 J1
1 1
J2
1
J1
J3
1
J1
0
1 A1
A1 X1,2 A1 X1,3
J2 :
Eb2 J 2
12
J1 J2 1
J3 J2 1
0
辐射能的百分数随之而异，从而
影响到换热量。
2. 斯狄芬-玻耳兹曼定律（维恩位移定律）
3. 兰贝特定律
4.基尔霍夫定律
基本原理： 1.辐射换热的分析与计算（四大部分）
2.遮热板原理的分析与计算
5.67 (1T010
)4
( T2 100
1 1 1
)
4
B(T14
T24 )
1 2
1 2
有板3时，对稳态有： q1,2’=q1,3=q3,2；其中q1,3=B(T14-T34)
图11 遮热板
q3,2=B(T34-T24);而q1,3+q3,2=B(T14-T34)+B(T34-T24)=B(T14-T24)= q1,2
这些都是用减少发射率(吸收比)的方法来削弱换热的例子。
在实际工程应用中，多采用遮热板来减少辐射换热的方法。
所谓遮热板，是指插入两个辐射换热表面之间以削弱辐射 换热的薄板。
如图11所示
假设 1 2 3 只考虑单位面积
无板3时，
q1,2
(Eb1 Eb2 ) 1 1 1
A11 A1 X1,2 A2 2
2. 三灰表面间的辐射换热
应用电学中的基尔霍夫定律， 可列出节点的热流方程：
J1 :
Eb1 J1
1 1
J2
1
J1
J3
1
J1
0
1 A1
A1 X1,2 A1 X1,3
J2 :
Eb2 J 2
12
J1 J2 1
J3 J2 1
0
辐射能的百分数随之而异，从而
影响到换热量。
第九章：炉内辐射传热计算
13
第二节 炉膛传热计算
ka：辐射减弱系数（1/（m· MPa））
（4）炉膛黑度
k ps 1 e 表达： syn
a
p：炉膛内压力（0.1MPa） s：辐射层有效厚度（m）
含义：表征炉内高温介质的辐射能力
气体
三原子气体：CO2、H2O、SO2等 二原子气体：N2、O2、H2等 燃煤 灰分颗粒 焦炭颗粒
10
第二节 炉膛传热计算
（1）水冷壁结构特性
包覆有效容积的炉墙面积F 辐射受热面积：H＝xF 特殊受热面角系数 炉膛出口－角系数 x=1
x：角系数
投射到受热面的热量
投射到壁面的热量
面积
燃烧器、人孔角系数 x=0 s/d＝1水冷壁－角系数 x=1
膜式水冷壁－角系数 x=1
卫燃带－角系数 x=1
辐射层有效厚度 s
xmax
hmax hf
烟煤和褐煤 M=0.59－0.5（xmax＋∆x） 无烟煤和贫煤 M=0.56－0.5（xmax＋∆x）
12
第二节 炉膛传热计算
（4）炉膛黑度
含义：表征火焰有效辐射的假想黑度 表达：与火焰黑度εsyn有关
syn f
syn syn (1 syn )
4
第二节 炉膛传热计算 3. 基本方法
半理论 半经验 相似理论→准则方程
经验公式→计算结果
4. 基本假设
传热过程独立性：不受其它过程影响 炉内参数均匀性：零维模型 辐射换热主导性：仅考虑辐射
水冷壁管连续性：连续平面
5
第二节 炉膛传热计算 5. 基本公式
（1）数学描写
火焰与炉壁之间的辐射换热
syn 4 Q F T 辐射传热公式 f 0 1
电站锅炉_第九章
a 1 e(kyrkhh 10C1C2 ) pS 1
压力与辐 射层有效
厚度
液体及气体燃料火焰的主要辐射成分是三原子气体及碳黑粒子
发光部分 火焰黑度
发光火焰 程度系数
不发光部分 火焰黑度
a1 maf 1 m abf
炉膛水冷壁面积
水冷壁面积 Fl
是按包覆炉膛有效容积的炉膛面积计算的 敷设水冷壁: 边界为水冷壁中心线所在的平面或卫燃带的向火表面 未敷设水冷壁: 炉墙的内表面； 炉膛出口烟窗: 屏式受热面、凝渣管第一排管子中心线的平面为边界； 有冷灰斗的炉子，炉膛下部的容积边界为冷灰斗的二等分水平面
)
kW
炉内传热基本方程式
污染系数
1
T24 T14
表示因受热面管壁污染而使其吸热量降低的程度
污染系数的数值与燃料性质、燃烧工况、水冷壁的结构等因素有关， 推荐值见表10-1
水冷壁污染越严重，T2 越大，管壁灰污层反方向辐射越强，水冷壁
吸收辐射热能力下降，污染系数减小。
Qf al0( xiFi )T14
几何量，取决于物体表面形状及相对位置，与表面温度、黑度无关。
对于光管水冷壁，角系数的大小取决于水冷壁的相对节距s/d及管 子与炉墙的相对节距e/d。
1-e/d≥1.4，考虑炉墙辐射；
水
冷
2- e/d =0.8，考虑炉墙辐射；
壁 的
3- e/d =0.5，考虑炉墙辐射；
角
4- e/d =0，考虑炉墙辐射；
液体及气体燃料火焰的主要辐射成分是三原子气体及碳黑粒子
a1 maf 1 m abf
炉膛黑度
不同燃料火焰黑度计算方法
第九章 炉内辐射传热计算
VC av Q ef I f f Tth T f Tth
17
Q ef VC avTth f
能源与环境学院 Energy & Environment
Q ef f VC av
第四节 煤粉锅炉炉内传热计算方法 四、吸收减弱系数与火焰黑度
中国 南京
计算炉内辐射传热量（式9-34）时，煤粉燃烧火焰的吸收减弱系数和火焰 黑度，由三原子气体、灰分颗粒和焦炭颗粒三部分组成，对于炉膛在常 压（p≈0.1MPa）下工作的煤粉炉，其计算式为
• 三原子气体：CO2和H2O • 固体颗粒：灰分颗粒和焦炭或炭黑颗粒 计算火焰黑度或吸收率时，其减弱系数ka或光学密度τ由三原子气体、灰 分颗粒和焦炭颗粒三部分组成。
四、入射辐射和有效辐射 – 物体的入射辐射G：半球范围内从各个方向以各种波长进 入该物体单位面积的辐射能的总合，kW/m2。 – 物体的有效辐射：包括物体的自身辐射和物体接受入射辐 射后的反射辐射
（书p.169）
两平行平面之间的辐射传热 一、物体的辐射
中国 南京
物体的自身辐射是指单位面积该物体在半球形范围内向各个方 向所发射的各种波长能量的总和。 对于黑体和灰体
Eb 0T 4 kW / m 2 kW / m 2 (9 1) E 0T 4 Eb
– T、 温度和黑度；
对于灰体，介质的黑度等于其吸收率
a 1 e k S 1 e ka S
a
(9 5)
能源与环境学院 Energy & Environment
9
两平行平面之间的辐射传热
中国 南京
三、炉内火焰黑度1 炉内火焰的辐射介质：由烟气中的三原子气体和固体颗粒构 成：
17
Q ef VC avTth f
能源与环境学院 Energy & Environment
Q ef f VC av
第四节 煤粉锅炉炉内传热计算方法 四、吸收减弱系数与火焰黑度
中国 南京
计算炉内辐射传热量（式9-34）时，煤粉燃烧火焰的吸收减弱系数和火焰 黑度，由三原子气体、灰分颗粒和焦炭颗粒三部分组成，对于炉膛在常 压（p≈0.1MPa）下工作的煤粉炉，其计算式为
• 三原子气体：CO2和H2O • 固体颗粒：灰分颗粒和焦炭或炭黑颗粒 计算火焰黑度或吸收率时，其减弱系数ka或光学密度τ由三原子气体、灰 分颗粒和焦炭颗粒三部分组成。
四、入射辐射和有效辐射 – 物体的入射辐射G：半球范围内从各个方向以各种波长进 入该物体单位面积的辐射能的总合，kW/m2。 – 物体的有效辐射：包括物体的自身辐射和物体接受入射辐 射后的反射辐射
（书p.169）
两平行平面之间的辐射传热 一、物体的辐射
中国 南京
物体的自身辐射是指单位面积该物体在半球形范围内向各个方 向所发射的各种波长能量的总和。 对于黑体和灰体
Eb 0T 4 kW / m 2 kW / m 2 (9 1) E 0T 4 Eb
– T、 温度和黑度；
对于灰体，介质的黑度等于其吸收率
a 1 e k S 1 e ka S
a
(9 5)
能源与环境学院 Energy & Environment
9
两平行平面之间的辐射传热
中国 南京
三、炉内火焰黑度1 炉内火焰的辐射介质：由烟气中的三原子气体和固体颗粒构 成：
《锅炉原理精品课件》第9章炉内辐射传热计算
➢基本方法 ➢采用半经验的方法 ➢如：前苏联“全苏热工研究所和中央锅炉汽轮机研究所”编写的
《锅炉机组热力计算标准》(1973)
第九章 炉内辐射传热计算
4
5
热力计算的基础： 传热方程的热量 = 热平衡方程的热量
炉内传热计算的任务： 确定：
► 水冷壁的吸热量、炉膛出口烟温；或 ► 受热面布置
6
第一 三节 炉内辐射传热的特点和计算原 理
pcs
)
I
0 ha
( f
pcs
)I
0 ca
kJ / kg
(9 41)
引入烟气平均热容I 的V (概c )念, 计Q算eff 理I f 论 V燃C av烧(Tth温T度f) ：炉内烟 气容在。理论燃烧温V度C av至 Q炉Ttefhf膛TIf出f 口温度区间内的平均热
一、炉内辐射传热特点
1）燃烧与传热同时进行；
2）以辐射换热为主，对流换热不到5％；
3）火焰辐射成分：三原子气体+灰粒+ 焦炭颗粒
4）受热面被灰分污染；
第一 三节 炉内辐射传热的特点和计算原理
二、炉内传热计算的简化和假设
1）只考虑辐射传热，把火焰当作灰体
2）炉内各参数均匀一致（零维模型 ）； （书p.161）
13
两平行平面之间的辐射传热
• 考虑火焰辐射强度沿炉膛截面方向的减弱（第三节）， • 两物体之间的辐射热交换热流
qR
1
0 (T14
kR 1
T24 ) , 1 1
4
1 2
kW / m2
(9 30)
• k总辐射减弱系数，k=(1.25 1.30)ka，近似取k=1.28ka ；
• R炉膛的当量半径；
《锅炉机组热力计算标准》(1973)
第九章 炉内辐射传热计算
4
5
热力计算的基础： 传热方程的热量 = 热平衡方程的热量
炉内传热计算的任务： 确定：
► 水冷壁的吸热量、炉膛出口烟温；或 ► 受热面布置
6
第一 三节 炉内辐射传热的特点和计算原 理
pcs
)
I
0 ha
( f
pcs
)I
0 ca
kJ / kg
(9 41)
引入烟气平均热容I 的V (概c )念, 计Q算eff 理I f 论 V燃C av烧(Tth温T度f) ：炉内烟 气容在。理论燃烧温V度C av至 Q炉Ttefhf膛TIf出f 口温度区间内的平均热
一、炉内辐射传热特点
1）燃烧与传热同时进行；
2）以辐射换热为主，对流换热不到5％；
3）火焰辐射成分：三原子气体+灰粒+ 焦炭颗粒
4）受热面被灰分污染；
第一 三节 炉内辐射传热的特点和计算原理
二、炉内传热计算的简化和假设
1）只考虑辐射传热，把火焰当作灰体
2）炉内各参数均匀一致（零维模型 ）； （书p.161）
13
两平行平面之间的辐射传热
• 考虑火焰辐射强度沿炉膛截面方向的减弱（第三节）， • 两物体之间的辐射热交换热流
qR
1
0 (T14
kR 1
T24 ) , 1 1
4
1 2
kW / m2
(9 30)
• k总辐射减弱系数，k=(1.25 1.30)ka，近似取k=1.28ka ；
• R炉膛的当量半径；
传热学第九章辐射换热的计算
4 4 h TT TT 1 f 1 1 3
遮热罩的热平衡表达式
4 4 2 h T T TT f 3 3 3 2
联立求解以上两式可求得测温误差 Tf T ，结果为 44 K。可见，加 1 遮热罩后，相对测温误差由未加遮热罩的14.4%降低到4.4% 。
i 1 n
图9-2 角系数的完 整性
上式称为角系数的完整性。若表面1为非凹表面时，X1,1 = 0。
(3) 可加性
3 角系数的计算方法
4 求解角系数的方法通常有直接积分法、代数分析法。
(1) 直接积分法 dA1对A2角系数为：
X d 1 , 2
A 2
d 1 , d 2
d 1
9.3
辐射换热应用举例
1、控制表面热阻强化或削弱辐射换热：比如涂层（不同辐射 表面涂层的效果不同，为什么？举例说明）； 2、控制空间热阻强化或削弱辐射换热：比如遮热板； 3、遮热板的原理。
遮热板的主要作用就是削弱辐射换热。下面以两块靠得很近
的大平壁间的辐射换热为例来说明遮热板的工作原理。 没有遮热板时，两块平 壁间的辐射换热有 2 个 表面辐射热阻、 1 个空 间辐射热阻。 在两块平壁之间加一块大 小一样、表面发射率相同 的遮热板3 如果忽略遮热板的导热热阻，则总辐射热阻增加了1倍， 辐射换热量减少为原来的1/2，即 12
d 1 , d 2 d 1
A 2
d 1 , d 2 X
A 2
A1对A2角系数为：
1 cos cos d A d A 1 2 1 2 1 X X d A 1 , 2 d 1 , d 2 1 2 A A A A A A r 1 1
1 2 1 2
遮热罩的热平衡表达式
4 4 2 h T T TT f 3 3 3 2
联立求解以上两式可求得测温误差 Tf T ，结果为 44 K。可见，加 1 遮热罩后，相对测温误差由未加遮热罩的14.4%降低到4.4% 。
i 1 n
图9-2 角系数的完 整性
上式称为角系数的完整性。若表面1为非凹表面时，X1,1 = 0。
(3) 可加性
3 角系数的计算方法
4 求解角系数的方法通常有直接积分法、代数分析法。
(1) 直接积分法 dA1对A2角系数为：
X d 1 , 2
A 2
d 1 , d 2
d 1
9.3
辐射换热应用举例
1、控制表面热阻强化或削弱辐射换热：比如涂层（不同辐射 表面涂层的效果不同，为什么？举例说明）； 2、控制空间热阻强化或削弱辐射换热：比如遮热板； 3、遮热板的原理。
遮热板的主要作用就是削弱辐射换热。下面以两块靠得很近
的大平壁间的辐射换热为例来说明遮热板的工作原理。 没有遮热板时，两块平 壁间的辐射换热有 2 个 表面辐射热阻、 1 个空 间辐射热阻。 在两块平壁之间加一块大 小一样、表面发射率相同 的遮热板3 如果忽略遮热板的导热热阻，则总辐射热阻增加了1倍， 辐射换热量减少为原来的1/2，即 12
d 1 , d 2 d 1
A 2
d 1 , d 2 X
A 2
A1对A2角系数为：
1 cos cos d A d A 1 2 1 2 1 X X d A 1 , 2 d 1 , d 2 1 2 A A A A A A r 1 1
1 2 1 2
辐射传热计算.ppt
cos1 cos2dA1dA2
A2
r2
2 r
1
X1,2 A1 X 2,1 A2
9.1.3 角系数的性质
根据角系数的定义和诸解析式，可获得角系数的代数性 质。 角系数的相对性(reciprocity rule)
X d1,d2dA1 X d2,d1dA2 ; X1,2 A1 X 2,1 A2
Rt
11 1 A1
1 2 2 A3
Req
1 1
1
Req 1 A1 X1,2 1 A1 X1,3 1 A2 X 2,3
9.3.4 有效辐射换热的数值计算
• 由于通过等效网络获得的节点方 程为隐性格式，不适用于迭代求 解；
• 对于表面较多的封闭腔系统，不 便于建立等效网络；
• 对于计算机辅助求解有效辐射， 可从能量守恒角度进行分析。
cos1 cos2dA1 r 2
r 1
两微元面间的辐射
X d1,d2dA1 X d2,d1dA2 →角系数具有相对性
(2) 微元面对面的角系数 由角系数的定义可知，微元面dA1对面A2的角系数为
X d1,2
A2 d1,d2 d1
d1,d2
X A2
d1
A2 d1,d2
A2
cos1 cos r 2
划分表面的依据是该表面的热边 界条件，而非几何条件。当热边 界条件相同（表面温度、发射率） 相同，即使几何关系上并无直接 相连，也可看成同一平面。
➢等效网络图的绘制
便于理解各表面间的关系，并有助于建立节点的有效 辐射方程。
三表面封闭腔系统
三表面封闭腔的等效网络图
➢节点方程的建立：
理论依据：
类似电学的基尔霍夫定律，
2
第九章：炉内辐射传热计算
6. 参数确定
（1）水冷壁结构特性
水冷壁－管中心线所在平面 敷设卫燃带的水冷壁－卫燃带向火侧
有效容积
炉膛的底部－冷灰斗1/2处的水平面面积 炉膛出口－后屏第一排管中心线所在平面 炉膛高度－炉膛底部至炉膛出口中部水平面垂直距离
10
第二节 炉膛传热计算
（1）水冷壁结构特性
包覆有效容积的炉墙面积F
x：角系数 投射到受热面的热量 投射到壁面的热量
第二节 炉膛传热计算
（4）炉膛黑度
含义：表征火焰有效辐射的假想黑度
表达：与火焰黑度εsyn有关
syn f
syn
syn (1 syn )
13
第二节 炉膛传热计算
ka：辐射减弱系数（1/（m·MPa））
（4）炉膛黑度
p：炉膛内压力（0.1MPa）
s：辐射层有效厚度（m）
含义：表征炉内高温介质的辐射能力
100 q3 q4 q6 10膛传热计算
（2）准则方程 辐射传热公式
Q
F
T syn
4
f
01
烟气放热公式
Q
BcalVCav (Tth
T
'' f
)
辐射传热＝烟气放热
1＝
T1 Tth
"＝
f
T
" f
Tth
T1介于 Tth与Tf”之间
1＝C1 (
" f
)n
M：经验系数
表达： syn 1 eka ps
火焰 黑度
组成
气体 固体
三原子气体：CO2、H2O、SO2等
二原子气体：N2、O2、H2等
灰分颗粒 燃煤
焦炭颗粒 燃油和燃气：炭黑颗粒
热工学第九章辐射放热(共28张PPT)
两个(liǎnɡ ɡè)概念： (1) 立体角(Solid angle)
平面角如图7-6，s为弧长，r为半径。=s/r （rad）
立体角如图7-7，一个半球，在球面上取一个小面积，在这个面积周 边向球心做射线，则这些射线所包围(bāowéi)的空间即为立体角。立体角的 度量用球面度。
s
θr
平面角定义图
吸收(xīshōu)：Qα
Q 反射：Qρ 穿透：Qτ
由热力学第一(dìyī)定律： Q Q Q Q
或： Q / Q Q / Q Q / Q 1
6
第六页，共二十八页。
则：
Q Q
Q Q
Q Q
吸收(xīshōu)比(率) absorptivity 反射(fǎnshè)比(率) reflectivity
反射现象(xiànxiàng)也同光一样，有镜面反射和漫反射之分， 镜面反射：入射角=反射角， 表面粗糙度<波长 漫反射： 表面粗糙度>波长
气体：当辐射投在气体上，它几乎没有反射能力，故可以
认为ρ=0 ，于是
1
固体，液体对辐射(fúshè)的吸收和反射都是在表面上 进行的，而不涉及其内部，故表面的状况对辐射的影响
20
第二十页，共二十八页。
Lambert’s Law
黑体的定向(dìnɡ xiànɡ)辐射强度与方向无关。
即
L( ,) const.
问题：暖器取暖(qǔnuǎn)时与方向有关，太阳辐射与方向有关，是否
与Lambert’s Law相矛盾？
将定向辐射强度定义(dìngyì)变形，得辐射能
d ( ) LpdAdcos
c f
式中：C — 速度(sùdù) 3×108m/s f — 频率 s-1 — 波长 m (μm)
平面角如图7-6，s为弧长，r为半径。=s/r （rad）
立体角如图7-7，一个半球，在球面上取一个小面积，在这个面积周 边向球心做射线，则这些射线所包围(bāowéi)的空间即为立体角。立体角的 度量用球面度。
s
θr
平面角定义图
吸收(xīshōu)：Qα
Q 反射：Qρ 穿透：Qτ
由热力学第一(dìyī)定律： Q Q Q Q
或： Q / Q Q / Q Q / Q 1
6
第六页，共二十八页。
则：
Q Q
Q Q
Q Q
吸收(xīshōu)比(率) absorptivity 反射(fǎnshè)比(率) reflectivity
反射现象(xiànxiàng)也同光一样，有镜面反射和漫反射之分， 镜面反射：入射角=反射角， 表面粗糙度<波长 漫反射： 表面粗糙度>波长
气体：当辐射投在气体上，它几乎没有反射能力，故可以
认为ρ=0 ，于是
1
固体，液体对辐射(fúshè)的吸收和反射都是在表面上 进行的，而不涉及其内部，故表面的状况对辐射的影响
20
第二十页，共二十八页。
Lambert’s Law
黑体的定向(dìnɡ xiànɡ)辐射强度与方向无关。
即
L( ,) const.
问题：暖器取暖(qǔnuǎn)时与方向有关，太阳辐射与方向有关，是否
与Lambert’s Law相矛盾？
将定向辐射强度定义(dìngyì)变形，得辐射能
d ( ) LpdAdcos
c f
式中：C — 速度(sùdù) 3×108m/s f — 频率 s-1 — 波长 m (μm)
辐射传热计算简化PPT课件
j 1
j 1
J1,T1
JN,TN
J2,T2
Ji,Ti
第21页/共53页
网络法计算净辐射速率
N
i Ai X i, j Ji J j
j 1
Φi
Ebi
1 i
Ji
Ai i
i
(1-i)/(Ai i)
Ebi
Ji
i
Ebi Ji
1 i Aii
N Ji J j j1 1
Ai X i, j
J1 J2
厂房面积A3>>A1(A2),故表面热阻(1- 3)/ 3A3→0,因 此，J3=Eb3且温度为已知量，则厂房内表面等效为黑体 表面，则等效网络图
【引申】是否需要考虑介质对辐射换热的影响？
第29页/共53页
【例题2】 在一厚金属板上钻一直径为d=2cm不穿 透的小孔，孔深H=4cm,锥顶角为90.设孔的表面是发 射率为0.6的漫灰体，整个金属块处于500C的温度下， 试确定从孔口向外界辐射的能量。
【分析】
X1,2 1
【解】
1,2
1 1
Eb1
1
Eb2
1 2
A11 A1 X1,2 A2 2
A1 Eb1 Eb2
1
1
A1 A2
1
2
1
S
1
1
1
A1 A2
1
2
1
第18页/共53页
【2】表面1为凸面或平面，且A1<<A2
【分析】 【解】
X 1, 2
1,
A1 A2
0
1A1 Eb1 Eb2
A1
a
【2】X ab,ac
ab ac bc 2ab
第九章 炉内辐射换热计算
2013-6-9 动本091-2 5
第四节
煤粉炉内传热计算方法
qR
一、炉内辐射传热公式 • 考虑介质吸收、自身辐 射和散射作用时，假想 火焰平面与水冷壁之间 的辐射换热公式
0T1 T
4
4 0 2
1 4
kR
1
1
1
2
1
qR
T T
4 0 1
4 0 2
1
syn
第九章 炉内辐射换热计算
第一节 第二节 第四节 辐射传热基本概念 炉膛换热计算方法 煤粉炉内传热计算方法
2013-6-9
动本091-2
1
第一节
一、物体的辐射
辐射传热基本概念
•物体的自身辐射
Eb 0 T
4
E 0T 4
2013-6-9 动本091-2 2
二、介质的吸收率和黑度 1.辐射介质：煤粉燃烧空间除了高温烟气中的三原子气体参与 辐射换热外，弥散在空间的悬浮粒子，飞灰和燃烧初期产生 的焦炭或炭黑固体粒子，它们构成了炉内火焰的“辐射介 质”。 焦炭：从其表面发射能量，基本集中在燃烧器区域，焦炭颗粒 的辐射力占火焰总辐射力的25%-30%。 灰分：充满整个炉膛，辐射力占火焰总辐射力的40%-50%。 2.吸收率和黑度：由于辐射介质具有吸收、发射和散射性质， 当辐射能穿过辐射介质进行传递时，辐射强度因吸收而降低。 吸收率：辐射强度的降低值与原始辐射强度的比值 黑度：根据克希霍夫定律，等温条件下介质的黑度等于吸收率。
2013-6-9 动本091-2
1
2
1
6
二、火焰平均温度 • 炉膛火焰的平均温度指整个炉膛的平均值。 三、理论燃烧温度 • 理论燃烧温度即绝热燃烧温度，燃料带入炉膛的 热量全部用来加热烟气时所能达到的温度。 • 求出1kg燃料在炉膛的有效放热量，对应的温度就 是理论燃烧温度。 四、吸收减弱系数和火焰黑度 • 由三原子气体、灰分颗粒和焦炭颗粒三部分组成。 五、水冷壁灰污壁温和黑度 • 考虑灰垢层的影响，得到灰污表面的黑度。
第四节
煤粉炉内传热计算方法
qR
一、炉内辐射传热公式 • 考虑介质吸收、自身辐 射和散射作用时，假想 火焰平面与水冷壁之间 的辐射换热公式
0T1 T
4
4 0 2
1 4
kR
1
1
1
2
1
qR
T T
4 0 1
4 0 2
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syn
第九章 炉内辐射换热计算
第一节 第二节 第四节 辐射传热基本概念 炉膛换热计算方法 煤粉炉内传热计算方法
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第一节
一、物体的辐射
辐射传热基本概念
•物体的自身辐射
Eb 0 T
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E 0T 4
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二、介质的吸收率和黑度 1.辐射介质：煤粉燃烧空间除了高温烟气中的三原子气体参与 辐射换热外，弥散在空间的悬浮粒子，飞灰和燃烧初期产生 的焦炭或炭黑固体粒子，它们构成了炉内火焰的“辐射介 质”。 焦炭：从其表面发射能量，基本集中在燃烧器区域，焦炭颗粒 的辐射力占火焰总辐射力的25%-30%。 灰分：充满整个炉膛，辐射力占火焰总辐射力的40%-50%。 2.吸收率和黑度：由于辐射介质具有吸收、发射和散射性质， 当辐射能穿过辐射介质进行传递时，辐射强度因吸收而降低。 吸收率：辐射强度的降低值与原始辐射强度的比值 黑度：根据克希霍夫定律，等温条件下介质的黑度等于吸收率。
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二、火焰平均温度 • 炉膛火焰的平均温度指整个炉膛的平均值。 三、理论燃烧温度 • 理论燃烧温度即绝热燃烧温度，燃料带入炉膛的 热量全部用来加热烟气时所能达到的温度。 • 求出1kg燃料在炉膛的有效放热量，对应的温度就 是理论燃烧温度。 四、吸收减弱系数和火焰黑度 • 由三原子气体、灰分颗粒和焦炭颗粒三部分组成。 五、水冷壁灰污壁温和黑度 • 考虑灰垢层的影响，得到灰污表面的黑度。
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kW /m2
(91)4
– T1、1火焰平均温度和火焰黑度； – T2、2水冷壁表面温度和黑度。
–
其中
1 1 1 1 2
为系统黑度。
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两平行平面之间的辐射传热
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• 考虑火焰辐射强度沿炉膛截面方向的减弱（第三节），两物 体之间的辐射热交换热流
度表示
1T T t1h,
fT Ttfh
(93)6
– 同时存在着对流传热。
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6
第一三节 炉内辐射传热的特点和计算原理
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二、炉内传热计算的简化和假设
– 把火焰当作灰体；假设火焰黑度是均匀的； – 将燃烧和辐射两个过程分开：
• 只有燃烧无传热，燃烧产生的热量全部用来加热烟气，烟气所 能达到的温度，称为理论燃烧温度；
物体的自身辐射是指单位面积该物体在半球形范围内向各个方 向所发射的各种波长能量的总和。对于黑体和灰体
Eb0T4 kW /m 2 E0 T4Eb kW /m 2
(91)
– T、温度和黑度；
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两平行平面之间的辐射传热
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二、炉内辐射介质（火焰）的吸收率和黑度
辐射传热量）
Q Rq B R cF a,l kJ /kg
(93)1
– F炉内水冷壁的吸收表面积，m2；
– Bcal锅炉的计算燃料消耗量，kg/s；
qRs1 0(yTn1 412T2 41 ),
kW /m2
(93)4
s1yn0.3k2aR11
(93)3
– 定义syn为火焰综合黑度。
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炉内辐射传热量
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• 炉内火焰和水冷壁之间的辐射传热量（按计算燃料量计）
Q R0s1Fy(nT 1412T241),
kW
(934)
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15
第四节 煤粉锅炉炉内传热计算方法
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二、火焰平均温度T1
炉内火焰平均温度和炉膛出口烟温用与理论燃烧温度之间比值的无量刚温
• 只有传热无燃烧，完全服从辐射传热的规律。
– 采用火焰的平均温度代替火焰的真实温度； – 用炉膛出口烟温作为定性温度； – 略去对流传热的影响； – 炉墙对辐射传热的影响放到角系数中一并考虑，略去
炉墙散热的影响（用保热系数表示）。
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第一三节 炉内辐射传热的特点和计算原理
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中国 • 南京
锅炉热力计算
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➢基本方法
✓采用半经验的方法
✓如：前苏联“全苏热工研究所和中央锅炉汽轮 机研究所”编写的《锅炉机组热力计算标准》 (1973)
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第九章 炉内辐射传热计算
– 物体的有效辐射：包括物体的自身辐射和物体接受入射辐 射后的反射辐射
J E b ( 1 ) G , k/m W 2 ( 9 6 )
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两平行平面之间的辐射传热
五、两个无限大平行平面（灰体）之间的辐射传热
两物体之间辐射热交换热流
qR1 01(T 141 2T 24 1),
qR1 4k0R (T1 1 4 1 T 2 1 4 2)1,
kW /m2
(93)0
– k总辐射减弱系数，k=(1.251.30)ka，近似取k=1.28ka ； – R炉膛的当量半径；
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第四节 煤粉锅炉炉内传热计算方法
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一、炉内辐射传热公式 • 炉内火焰和水冷壁之间的辐射传热量（1kg计算燃料计的炉内
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• 炉内辐射换热就近似为两个灰体之间的辐射换热
– 包围炉膛有效容积的炉墙面，以水冷壁中心线所包围 的平面；
– 与水冷壁相切的假想平面，即火焰的辐射面，也就是 水冷壁接受火焰辐射的面积。
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两平行平面之间的辐射传热
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一、物体的辐射
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一、炉内传热计算的基本任务
– 设计计算：根据合理选定的炉膛出口烟温，确 定炉内所需布置的受热面积。
– 校核计算：根据合理布置的受热面积，核算炉 膛出口烟气温度是否合理。
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5
第一三节 炉内辐射传热的特点和计算原理
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10
(95)
两平行平面之间的辐射传热
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三、炉内火焰黑度1
计算火焰黑度或吸收率时，考虑烟气中三原子气体、灰分颗粒和焦炭颗 粒。
四、入射辐射和有效辐射
– 物体的入射辐射G：半球范围内从各个方向以各种波长进 入该物体单位面积的辐射能的总合，kW/m2。
锅炉计算
✓锅炉热力计算 ✓水循环计算 ✓管内工质流动阻力计算 ✓通风计算 ✓强度计算 ✓炉墙和构架计算
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锅炉热力计算
➢ 内容： ✓燃料的燃烧计算 ✓热平衡计算 ✓炉膛传热计算 ✓对流受热面传热计算
➢ 基本原理 ✓能量平衡——热平衡 • 整体平衡 • 局部平衡 ✓传热的基本原理：辐射、对流、导热
炉内火焰的辐射介质：由烟气中的三原子气体和固体颗粒构 成。
• 三原子气体：CO2和H2O • 固体颗粒：灰分颗粒和焦炭或炭黑颗粒
根据朗伯-比尔定律，介质的吸收率
a1ekaS
(94)
– ka炉内辐射介质的吸收衰减系数，m-1；S炉内辐射层有效 厚度，m。
对于灰体，介质的黑度等于其吸收率
a1ekaS
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一、炉内传热计算的复杂性
– 在炉内不同地区放热量和吸热量的比例不同，造成各 处烟温高低不一；
– 由于各地区烟气成分不同，各处的辐射介质的浓度不 同；
– 各处高温介质的辐射能力不同；
– 参加辐射的物体有火焰（烟气）、水冷壁、炉墙等， 且炉墙对外散热；
– 燃烧和传热两个过程是同时进行的，且燃烧是一个复 杂的物理化学过程；