《輻射換熱的計算》PPT課件

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1、第八章輻射換熱的計算一、角系數(shù)的概念1.定義角系數(shù)(Shapefactor)：表面1發(fā)出的輻射能中落到表面2上的分額，稱為表面1對表面2的角系數(shù)，記為X1，2。由定義知?1-2??1，X1，2?1一般X1，2≠X2，1計算式§8-1角系數(shù)的定義、性質及計算兩個微元表面dA1和dA2，則表面dA1發(fā)出的能量如果表面dA1是漫射表面（滿足Lambert’sLaw）同理可見微元對表面表面對微元同理同理如果表面1為漫射表面，且定向輻射強度不隨位置而變二式比較表面對表面同理二式比較二個條件：漫射，L均勻分布

2、黑體和灰體都滿足實際物體當灰體，這樣處理誤差不大此時，角系數(shù)只是幾何量12122.幾個特殊位置的角系數(shù)同一平面上的兩個表面x1.2=x2.1=0兩個無限大平板x1.2=x2.1=1兩個互相看不見的表面x1.2=x2.1=03.角系數(shù)的性質①相對性在推導角系數(shù)的計算公式時已經(jīng)得到②完整性由能量守恒兩端除以?1，則③分解性：現(xiàn)將表面1分成n個面，上式可以寫成以上公式要記住由角系數(shù)的相對性代入，則即?有兩個物體1和2構成得封閉系統(tǒng)，做任意2’、2”等，恰好蓋住物體2，則二、角系數(shù)的計算1.代數(shù)法代數(shù)法是以

3、角系數(shù)的性質為基礎的。例：三個非凹表面構成的封閉系統(tǒng)，如圖完整性：相對性：六個方程六個未知數(shù)可解得：例：任意兩個不相交非凹表面，如圖做輔助線ac，bd由完整性或再作輔助線ad、bc，則成為兩個三表面封閉系統(tǒng)。于是如z=0可以用代數(shù)法，否則可以輔助面或用別的方法，如積分法2.積分法直接用角系數(shù)的公式進行積分得出。此法太煩，有人做成圖表，供查閱P270、271圖代數(shù)法的局限性：n個面封閉系統(tǒng)（可做輔助假象面使它變成封閉系統(tǒng)）角系數(shù)個數(shù)n2相對性可解列出方程面1：n-1個；面2：n-2個；???方程數(shù)完整

4、性共可列n個方程系統(tǒng)中有p個非凹面，r/2對面是互相遮蓋的3.查圖法（資料）將常見結構做成圖以便查閱（角系數(shù)手冊）。例：求出半球各表面間的角系數(shù)解：共有幾個角系數(shù)X1.1X1.2X1.3X2.1X2.2X2.3X3.1X3.2X3.3其中X1.1=X1.2=X2.1=X2.2=0X1.3=X2.3=1由相對性：例題8-1用代數(shù)法確定圖中的鍋爐爐膛內(nèi)火焰對水冷壁管的輻射角系數(shù)。解：三非凹面構成的封閉系統(tǒng)計算火焰對水冷壁管的角系數(shù)X：將這些關系式代入上式得所以例題8-2：試確定圖8-15的表面1對表面2

5、的角系數(shù)。求X1.2但不能直接用，交換一下由相對性知先查一、黑體間的輻射換熱表面1發(fā)出的能量為12到達表面2的能量為黑體表面2將吸收這些熱量同理，表面1吸收來自表面2的熱量為凈交換熱量由角系數(shù)的相對性熱電比擬：空間輻射熱阻geometricresistance§8-2被透明介質隔開的兩固體表面間的輻射換熱工程上常常將實際物體看成為灰體，所以本節(jié)討論的方法可用于工程計算1.投入輻射(irradiation)：單位時間內(nèi)投射到表面的單位面積上的總輻射能，記為G。由圖得：2.有效輻射(radiaosity

6、)：單位時間內(nèi)離開表面的單位面積的總輻射能，記為J。表面1失熱消去G解得二、被透熱介質隔開的兩表面構成封閉系統(tǒng)的輻射換熱乘以表面積改寫成熱電比擬：表面輻射熱阻surfaceresistance表面1，2間的輻射換熱量空間輻射熱阻geometricresistance系統(tǒng)中只有兩個表面，故解出——系統(tǒng)黑度1.表面1非凹，X1,2=1暖器、管道與房間2.表面1非凹，X1,2=1，且A1/A2?1無限大平板，保溫瓶膽3.表面1非凹，X1,2=1，且A1/A2?0大空間的管道、小物體、熱電偶三、幾個特例四、

7、輻射換熱網(wǎng)絡圖thermalcircuit空間熱阻表面熱阻表面熱阻例題8-3液氧儲存容器為雙壁鍍銀的夾層結構，外壁內(nèi)表面溫度tw1=20℃，內(nèi)壁外表面溫度tw2=-183℃，鍍銀壁的發(fā)射率ε=0.02,試計算由于輻射換熱每單位面積容器壁的吸入熱量。解：因容器夾層的間隙很小，可認為屬于無限大平行表面間的輻射換熱問題。超級保溫材料？例題8-4一根直徑d=50mm，長度l=8m的鋼管，被置于橫斷面為0.2m?0.2m的磚槽道內(nèi)。若鋼管溫度和發(fā)射率分別為t1=250℃，ε1=0.79，磚槽壁面溫度和發(fā)射率分

8、別為t2=27℃，ε2=0.93，試計算該鋼管輻射熱損失。解：因表面1非凹，可直接應用式(8-15)計算鋼管的輻射熱損失例題8-5一直徑d=0.75m的圓筒形埋地式加熱爐采用電加熱方法加熱，如圖。在操作過程中需要將爐子頂蓋移去一段時間，設此時筒身溫度為500K，筒底為650K。環(huán)境溫度為300K，試計算頂蓋移去其間單位時間內(nèi)的熱損失。設筒身及底面均可作為黑體。據(jù)角系數(shù)圖，再據(jù)相對性得解：從加熱爐的側壁與底面通過頂部開口散失到廠房中的輻射熱量幾乎全被廠房中物體吸收，返回