辐射传热的计算

两特殊情形：a）一表面为黑体。 1 1 1 A1 X 1, 2 E A1 1 J
b1 1
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J2
1 A2 X 2 ,3
1 2 A2 2
Eb2
1 A1 X 1,3
J3= Eb3
表面3为黑体 节点1： 节点2：
四、气体的发射率εg和吸收比αg
五、气体与包壁的辐射传热
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例2：在太阳系中，地球和火星距太阳的距离相 差不大，但为什么火星表面温度昼夜变化却比 地球要大得多？
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解：未加入遮热板前：
1 1 1 s 1 1 1 1 2.75 1 1 1 2 0.4 0.8
1 0.4 2 0.8
0.04
加遮热板后：
s
1 1 1 1 1 1 1 51.75 0.4 0.04 0.04 0.8 1
辐射换热降低的百分率： 1 1 s s 2.75 51.75 100 % 94.7% 1 s 2.75
为0.04，求由此引起的辐射换热降低的百分率。
1, 2
0 AT T 1 1 1 2 1
4 1 4 2
1 0.4 2 0.8
0.04
¢ F 1,2 =
s 0A T 14 - T 24
(
)
1 e1 + 2 e3 + 1 e2 - 2
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1 ,2
Eb1
1 1 A 1
T3,ε3, A
Eb2
1 2 A 2
1 AX 1, 2
T1 ε1 A
T2 ε2 A
加入平板3后：
1 2
Eb1
1 1 A 1
遮热板
3
1 3 A 3 1 3 A 3
Eb2
4


T3 423.8K
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第九章 辐射传热的计算
§9-1 辐射传热的角系数 §9-2 两表面封闭系统的辐射传热 §9-3 多表面系统的辐射传热 §9-4 气体辐射的特点及计算 §9-5 辐射传热的控制 §9-6 综合传热问题分析
J1
J2 =Eb2
1 A2 X 2 ,3
b2
1 A1 X 1,3
J
3
=E 1 b3
3
A3 3
Eb3
长江大学机械工程学院 School of =330K。 3绝热，D＝0.2m。T1=550K,ε=0.35，2为黑体，TMechanical Engineering 2
计算Φ1及T3的温度。
Eb1
Eb1 J1 J 2 J1 Eb3 J1 0 1 1 1 1 A1 1 A1 X 1, 2 A1 X 1,3
Eb 2 J 2 J1 J 2 Eb3 J 2 0 1 2 1 1 A2 2 A1 X 1, 2 A2 X 2,3
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1 3 A3 3
Eb3
Eb3 J 3 J1 J 3 J 2 J 3 0 1 3 1 1 A3 3 A1 X 1,3 A2 X 2,3
Eb 2 J 2 J1 J 2 J 3 J 2 0 1 2 1 1 A2 2 A1 X 1,2 A2 X 2,3
1 AX 2,3
1 2 A 2
1 AX 1,3
§9-5 辐射换热的强化与削弱
没有遮热板时：
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1, 2
加入遮热板后：
0 AT T 1 1 1 2 1
4 1 4 2
T3,ε3, A T1 ε1 A T2 ε2 A
¢ F 1,3 = F 3,2 = F 1,2 = = s 0A T 34 - T 24
s 0A T 14 - T 34
(
)
1 e1 + 1 e3 - 1 s 0A T 14 - T 24
(
0 AT14 T24 1 如果所有平板的黑度均相同， 1, 2 1, 2 2(1 1 1) 2 即ε1=ε2=ε3=ε：
§9-5 辐射换热的强化与削弱
遮热板是指两个辐射换热 表面之间插入用以削弱辐 射换热的薄板，其实质相 当于降低了表面发射率。
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T3,ε3, A T1 ε1 A T2 ε2 A
遮热板
§9-5 辐射换热的强化与削弱
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§9-4 气体辐射的特点及计算 一、气体辐射的特点
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1. 对波长的选择性 辐射性气体只在某些特定波段具有辐射和吸收本领。
CO2的主要辐射光带：
CO2和H2O的主要吸收谱带
2.65~2.8m、 4.15~4.45m、 13~17m
1 1 63.7m 2 A1 X 1,3 0.0157
1 1 63.7 m 2 A2 X 2,3 0.0157
长江大学机械工程学院 School of =330K。 3绝热，D＝0.2m。T1=550K,ε=0.35，2为黑体，TMechanical Engineering 2
b）一表面绝热。
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Eb1
1 1 A1 1
J1
1 A1 X 1,3
1 A1 X 1, 2
J2
1 A2 X 2 ,3
1 2 A2 2
Eb2
1, 2
Eb1 Eb 2 Rt
J3= Eb3
表面3绝热
1 Req 1 1 1 1 1 A1 X 1, 2 A1 X 1,3 A2 X 2,3
s 1
1
1
1 2 1 A1 0 (T T )
4 1 4 2
c) 两紧靠平行表面，即A1/A2 1，X1,2=1。
s
1 1
2
1
1 2 s A1 0 (T T )
4 1 4 2
②三个漫灰表面构成封闭空间的辐射换热
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1 1 AБайду номын сангаас 1
J1
1 A1 X 1,3
J =Eb3
3
J2 =Eb2
1 A2 X 2 ,3
1 2 A3 2 R 2 0.0628 A1 A2 D 0.0157 2 4 1 1 1 0.35 118.3m 2 X 2,3 1 X 1,3 1 A11 0.35 0.0157
1 e3 + 1 e2 - 1
)=
(
)
1 e1 + 2 e3 + 1 e2 - 2
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例3：有两块无限大平板，其发射率分别为0.3和
0.8，两者由于温度不同进行辐射换热。若在两平
板之间插入一块两面抛光的铝遮挡板，其发射率
§9-4 气体辐射的特点及计算
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工业上常见的温度范围内，氧、 氮、氢等分子结构对称的双原 子气体，可认为是热辐射的透 明体。
辐射性气体主要有：二氧化碳、 水蒸气、二氧化硫、甲烷、氟 里昂等三原子、多原子及结构 不对称的双原子气体（一氧化 碳）。
知识回顾：
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一、组成辐射网络的基本热阻 Ebi J i i （1）表面辐射热流 1 i i Ai J1 J 2 J1 J 2 （2）空间辐射热流 1, 2 1 1 A1 X 1, 2 A2 X 2,1 J1 Eb 1， 2 J1 1 1 A A1 X 1, 2
因此，气体的吸收和发射与辐射在气体中穿行的距离长短（通 常叫行程）以及气体分子的密度有直接关系。而气体的密度则 取决于它的温度和分压力。
§9-4 气体辐射的特点及计算
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二、气体辐射的衰减规律
三、气体辐射的光谱吸收比、光谱发射率
H2O的主要辐射光带：
2.55~2.84m、 5.6~7.6m、 12~30m
§9-4 气体辐射的特点及计算
2、容积性
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投射到气体层界面上的辐射能在辐射行程中逐渐被 吸收，同时界面上所感受到的辐射为整个容积的总 辐射。
Eb1
1 1 A1 1
J1
1 A1 X 1, 2
J2
1 A2 X 2 ,3
1 2 A2 2
Eb2
节点1：
1 A1 X 1,3
Eb1 J 1 J 2 J 1 J 3 J 1 0 1 1 1 1 A11 A1 X 1,2 A1 X 1,3
节点2： 节点3：
J
3
1 1 1 2 Rt A A Req 1 1 2 2
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Eb1
9-35：设有如附图所示的几何体，半球表面是绝热的， 底面被一直径（D＝0.2m）分为1、2两部分。表面1为灰 体，T1=550K,ε=0.35，表面2为黑体，T2=330K。试计算 表面1的净辐射损失及表面3的温度。 1 1 1 1 2 A1 1 A1 X 1, 2 A2 2 E
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例4：在两块平行放置的相距很近的大平板1与2中 插入一块很薄且两个表面黑度不等的第三块平板。 已知t1=300℃，t2=100℃，ε1=0.5，ε2=0.8，当板3的 A面朝向表面1时，板3的温度为170℃，当板3的B 面朝向表面1时，稳态时板3的温度为260℃。试确 定表面A、B各自的黑度（精确到2位有效数字）， 并说说不同放置方式对散热损失有无影响？ 1 3 2
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a）一凸形/平漫灰表面被另一漫灰表面包围。 1 4 4 s 1 2 s A1 0 (T1 T2 ) 1 A1 1 1 1 A2 2
b）凸形漫灰表面对大空间。 X 1, A / A 0 1, 2 1 2
计算Φ1及T3的温度。
Eb1
118.3m
2
J1
63.7m
2
J
3
J2 =Eb2
=Eb3 63.7m2
5.67 5.54 3.34
4
Eb1 Eb 2 18.455W 1 1,2 118.3 63.7 63.7 118.3 63.7 63.7
5.67 5.5 T3 / 100 Eb1 J 3 1,2 118.3 63.7 118.3 63.7
1 1 1 1 2 A11 A1 X 1, 2 A2 2 s
0 (T14 T24 )
s A1 X 1,2 ( Eb1 Eb 2 )
1 1 1 1 X 1, 2 ( 1) X 2,1 ( 1) 1 2
系统黑度：
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§9-5 辐射换热的强化与削弱
强化辐射换热的主要途径： （1）增加发射率； （2）增大面积A； （3）增加角系数。
削弱辐射换热的主要途径：
（1）降低发射率； （2）降低角系数/减小表面A；
0 (T14 T24 ) （3）加入遮热板。 1, 2 1 1 1 1 2 A11 A1 X 1, 2 A2 2
J2
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二、漫灰表面之间辐射换热的网络求解法
①两漫灰表面构成封闭空间的辐射换热
Eb1
1
1 1 A1 1
J1
1, 2
J2
2
1 2 A2 2
Eb 2
1 1 / A1 X 1, 2 A2 X 2,1
1 2