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传热学第七章辐射换热计算假设: (1)把参与辐射换热的有关表面视作一个封闭腔,表面间的开口设想为具有黑表面的假想面; (2)进行辐射换热的物体表面之间是不参与辐射的透明介质(如单原子或具有对称分子结构的双原子气体、空气)或真空; (3)参与辐射换热的物体表面都是漫射(漫发射、漫反射)灰体或黑体表面; (4)每个表面的温度、辐射特性及投入辐射分布均匀。§7-1被透明介质隔开的黑体表面间的辐射换热2角系数的性质角系数的可加性是角系数完整性的导出结果。实质上体现了辐射能的可加性。1dA1dA1dA1积分微元表面dA1得到表面2对表面1的角系数:从上面的推导不难看出,从能量分配上定义的角系数已经变成了一个纯粹的几何量。其原因在于引入了漫射壁面的假设,也就是等强辐射的假设,所以有②代数法A1又如有两个凸形无限长相对放置的表面,如图所示,由角系数的完整性:求出黑体表面之间的角系数之后,即可方便的算出它们之间的辐射换热量,即§7-2被透明介质隔开的灰体表面间的辐射换热GGG如果物体表面为黑体表面,必有(1-)/(F)=0,那么应有Eb-J=0,故J=Eb。 此时物体表面辐射出去的辐射热流为:这种表面我们称之为重辐射面,它有两重性: 从温度上看,可以将其视为黑体; 从能量上看,可以将其当作反射率为1的表面。 所以重辐射表面是在一定条件下的黑体或白体。 因为重辐射面的温度与其它表面的温度不同,所以重辐射面的存在改变了辐射能的方向分布。重辐射面的几何形状、尺寸及相对位置将影响整个系统的辐射换热。2两个灰体表面间的辐射换热由角系数的互换性有如果物体表面为黑体,因J=Eb而导致3灰表面之间辐射换热的网络求解法11.按照热平衡关系画出辐射网络图;①仅有两个漫灰表面构成封闭空间的辐射换热计算A1,T1b)两个紧靠的平行表面之间的辐射换热。c)一个凸形漫灰表面对大空间的辐射换热。仿照上述公式的表示方法,可以将下述公式写成一般的通用形式:例7-2:液氧储存器为双壁镀银的夹层结构,外壁内表面温度tw1=20℃,内壁外表面温度tw2=-183℃,镀银壁的发射率=0.02。试计算由于辐射换热每单位面积容器层的散热量。 解:因为容器夹层的间隙很小,可认为属于无限大平行表面间的辐射换热问题:讨论:镀银对降低辐射散热量作用很大。作为比较,设取1=2=0.8,则将有q1,2=276W/m2,增加66倍讨论:这一问题可以近似地采用A1/A2=0的模型。如图所示的由三个凸形漫灰表面构成的封闭空间,它在垂直纸面方向为无限长。三个表面的温度分别为T1、T2和T3;表面积分别为A1、A2和A3;黑度分别为ε1、ε2和ε3。可列出3个节点J1、J2、J3处的电流方程如下:求解上述代数方程得出节点电势(表面有效辐射)J1、J2、J3。(1)有一个表面为黑体。设表面3为黑体。此时其表面热阻(1-3)/(3A3),从而有J3=Eb3,这样网络图就可以简化成下图,代数方程简化为二元方程组。(2)有一个表面绝热,即净辐射换q为零。设表面3绝热,则,等效电路图所如上图所示。注意此处J3=Eb3是一个浮动电势,取决于J1、J2及它们之间的两个空间热阻。下图是另一种表示方法。辐射换热系统中,这种表面温度未定而净的辐射换热量为零的表面称为重辐射面。例7-4:两块尺寸为1m×2m、间距为1m的平行平板置于室温t3=27℃的大厂房内。平板背面不参与换热。已知两板的温度和发射率分别为t1=827℃,t2=327℃和1=0.2,2=0.5,计算每个板的净辐射散热量及厂房壁所得到的辐射热量。 解:本题是3个灰表面间的辐射换热问题。因厂房表面积A3很大,其表面热阻(1-3)/(3A3)可取为零。因此J3=Eb3由给定的几何特性X/D=2,Y/D=1,由图查出:对J1、J2节点建立节点方程,得联立求解后得:板2的辐射散热为:讨论:表面1、2的净辐射换热量1及2均为正值,说明两个表面都向环境放出了热量。这部分热量必为墙壁所吸收。上述结果中的负号表示了这一物理意义。 若平板1、2的背面为表面4,5,也参与辐射换热,这时:Eb1Eb1可见,表面3为重辐射表面时情况不大相同。减少表面间辐射换热最有效的方法是采用高反射比的表面涂层,或者在辐射表面之间加设辐射屏。已知两平板的温度各自均匀分布,且分别等于T1和T2,它们的黑度分别为ε1和ε2。此时在两平板之间平行放入一个平板3,其黑度为ε3,那么平板3就成为一块辐射屏。T1遮热板的几个应用: (1)在汽轮机中用于减少内、外套管间的辐射换热量。据实测,冷壁20~80K,外壁300K时,在垂直于遮热板方向上的等效导热系数可低达5~10×105W/(m·K),导热热阻可达常温下空气的几百倍,有超级绝热材料之称。(4)用于提高温度测量的准确度。 如果使用裸露热