第四版传热学第九章习题解答

第九章

思考题

1、试述角系数的定义。“角系数是一个纯几何因子”的结论是在什么前提下得出的?

答：表面1发出的辐射能落到表面2上的份额称为表面]对表面2的角系数。“角系数是一个纯几何因子”的结论是在物体表面性质及表面湿度均匀、物体辐射服从兰贝特定律的前提下得出的。

2、角系数有哪些特性?这些特性的物理背景是什么?

答：角系数有相对性、完整性和可加性。相对性是在两物体处于热平衡时，净辐射换热量为零的条件下导得的；完整性反映了一个由几个表面组成的封闭系统中。任一表面所发生的辐射能必全部落到封闭系统的各个表面上；可加性是说明从表面1发出而落到表面2上的总能量等于落到表面2上各部份的辐射能之和。

3、为什么计算—个表面与外界之间的净辐射换热量时要采用封闭腔的模型?

答：因为任一表面与外界的辐射换热包括了该表面向空间各个方向发出的辐射能和从各个方向投入到该表面上的辐射能。

4、实际表面系统与黑体系统相比，辐射换热计算增加了哪些复杂性?

答：实际表面系统的辐射换热存在表面间的多次重复反射和吸收，光谱辐射力不服从普朗克定律，光谱吸收比与波长有关，辐射能在空间的分布不服从兰贝特定律，这都给辐射换热计算带来了复杂性。

5、什么是一个表面的自身辆射、投入辐射及有效辐射?有效辐射的引入对于灰体表面系统辐射换热的计算有什么作用？

答：由物体内能转变成辐射能叫做自身辐射，投向辐射表而的辐射叫做投入辐射，离开辐射表面的辐射叫做有效辐射，有效辐射概念的引入可以避免计算辐射换热计算时出现多次吸收和反射的复杂性。

6、对于温度已知的多表面系统，试总结求解每一表面净辐射换热量的基本步骤。

答：(1)画出辐射网络图，写出端点辐射力、表面热阻和空间热阻；(2)写出由中间节点方程组成的方程组；(3)解方程组得到各点有效辐射；(4)由端点辐射力，有效辐射和表面热阻计算各表面净辐射换热量。

7、什么是辐射表面热阻？什么是辐射空间热阻？网络法的实际作用你是怎样认识的？

答：出辐射表面特性引起的热阻称为辐射表面热阻，由辐射表面形状和空间位置引起的热阻称为辐射空间热阻，网络法的实际作用是为实际物体表面之间的辐射换热描述了清晰的物理概念和提供了简洁的解题方法。

8、什么是遮热板?试根据自己的切身经历举出几个应用遮热板的例子。

答：所谓遮热板是指插人两个辐射表面之间以削弱换热的薄板。如屋顶隔热板、遮阳伞都是我们生活中应用遮热板的例子。

9、试述气体辐射的基本特点。

10、什么是气体辐射的平均射线程长？离开了气体所处的几何空间而谈论气体的发射率与吸热比有没有实际意义？

11、按式（9-29）当s 很大时气体的()s ，λα趋近于1.能否认为此时的气体层具有黑体的性质？ 12、9.5.1节中关于控制表面热阻的讨论是对图9-37所示的同心圆柱面系统进行的，其结论对于像图9-15a 所示的两表面封闭系统是否也成立？

13、图9-39所示的电子器件机箱冷却系统中，印制板上大功率元件布置在机箱出口处，试分析其原因。 习题

9-1、已知：一曲边六面体的几何条件。

求：各个表面之间共有多少个角系数，其中有多少个是独立的？

解：共有6×6个角系数，其中仅有5+4+3+2+1＝15个是独立的。即其余的角系数均可由完整性、相对性等特性而由这15个角系数来求得。

9-2、设有如附图所示的两个微小面积A 1，A 2，A 1=2×10－4m 2

，A 2=3×10－4m 2

。A 1为漫射表面，辐射力E 1=5×104

W/m 2

。试计算由A 1发出而落到A 2上的辐射能。

⎰⎰⎰⎰=⋅

==2

212

211121*********,1112,1A cos cos cos cos 1

r dA A dA A E dA dA r A A A A E X A E A πϕϕπϕϕφ

解：

12

112

2cos cos E A A r φφπ=

00

4

4

4

2

3cos30cos60510210310

3.140.51.65510W -⨯⨯⨯⨯⨯⨯

⨯=⨯－－＝。

9-3、如附图所示，已知一微元圆盘dA 1与有限大圆盘A 2（直径维D ）相平行，两中心线之连

线垂直于两圆盘，且长度为s 。试计算X d1,2。

⎰⎰⎰⎰⎰

⋅+=⋅

=⋅⋅=⋅⋅=⎪⎩⎪⎨⎧=+===0

222202222

2,12

2

22

21111112,12

222212cos cos cos cos )/(cos 2/cos cos R d A A A A d rdr r s s X dA l l dA E dA d E E dA d LdA X rdr dA r s l l s ）

（＝：

代入几何关系，整理得根据角系数定义式：由几何关系：解：πϕϕ

πϕϖϕπϖϕπϕϕ

u

r T dr

du =+==

222π2222222⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=⎰D s s u s u du s =

⎪⎪⎪⎪⎪

⎭⎫

⎝⎛⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-222

2211D s s s =22

22

2

2

422D s D D s D +=⎪

⎭⎫ ⎝⎛+⎪

⎭⎫ ⎝⎛

9-4、已知：如图，微元面积1dA 与球缺2A 。

求：从角系数的积分定义出发，计算1dA 到球缺内表面2A 的角系数，并用两种极限情形来检查你所得到的公式的正确性。

解：

2

12

1,22222cos cos ,0,cos 1,d A X dA r ϕϕϕϕπ=

==⎰()2112sin dA r rd πϕϕ=，代入上式

得：

()

2111,21111

2

cos 2sin 2sin cos d r X d d r β

β

ϕπϕϕϕϕϕπ==⎰

⎰

=

()()110

1

sin 21cos 22d β

ϕϕβ=

-⎡⎤⎣⎦⎰

=

2

sin β 当0β=时，应有1,20d X =，由上式确实得出此值；

当

2π

β=

时，应有1,21d X =，由上式亦确实得出此值。