傳熱學(xué) 輻射換熱的計算8-1

1、 傳熱學(xué)講義1第八章第八章 輻射換熱的計算輻射換熱的計算 傳熱學(xué)講義2一 角系數(shù)的定義8-1 8-1 角系數(shù)的定義、性質(zhì)及計算角系數(shù)的定義、性質(zhì)及計算1 問題的引出211212 兩表面之間的輻射換熱量與它們之間的相對位置有很大關(guān)系！ 傳熱學(xué)講義32 角系數(shù)的定義 X1, 2表面1對表面2的角系數(shù)：表面1發(fā)出的輻射能落到表面2上的份額 X2, 1表面2對表面1的角系數(shù)：表面2發(fā)出的輻射能落到表面1上的份額View factor, angle factor 傳熱學(xué)講義4二 討論角系數(shù)的假定1 兩個假定2 優(yōu)點 物體表面為漫射表面 在所研究表面的不同地點上向外發(fā)射的輻射熱流密度是均勻的 角系數(shù)完全是

2、一個幾何因子 物體表面溫度及發(fā)射率的改變只影響發(fā)射的輻射能的絕對大小 傳熱學(xué)講義5三 角系數(shù)的性質(zhì)1 相對性 微元面和微元面22121b111112, 1coscosddEddcosrAAALXbdd22111, 2coscosdrAXdd 傳熱學(xué)講義61,222, 11ddddddXAXA 有限大小表面1 ,2222, 1112, 1XEAXEAbbA1, T1A1, T1當T1T2時，1, 201 ,222, 11XAXA 傳熱學(xué)講義7niinXXXXX1, 1, 13, 12, 11 , 11上式稱為角系數(shù)的完整性若表面1為非凹表面時，X1,1 = 0對于有n個表面組成的封閉系統(tǒng)，見右圖

3、所示，據(jù)能量守恒可得:2 完整性 傳熱學(xué)講義8niiXX12,12,1如圖所示，表面2可分為2A和2B兩個面，當然也可以分為n個面，則角系數(shù)的可加性為3 可加性注意：子區(qū)域不能重疊！ 傳熱學(xué)講義91 ,21 ,21 , 2BA1 ,2221 ,2221 , 222BbBAbAbXEAXEAXEA1 ,2221 ,2221 , 2BBAAXAAXAAX注意：子區(qū)域不能重疊！ 傳熱學(xué)講義10四 角系數(shù)的計算1 直接積分法22122, 1coscosdrAXdd 121212, 112212112, 1d1ddcoscos1AAddAAAXArAAAX這是一個四重積分！圖8-7、8-8、8-9，查圖

4、時注意對數(shù)坐標 傳熱學(xué)講義112 代數(shù)分析法 利用角系數(shù)的性質(zhì)，通過求解代數(shù)方程組而獲得角系數(shù)的方法 三表面封閉系統(tǒng)相對性完整性可加性 傳熱學(xué)講義1213212, 12AAAAX2, 333 , 221 , 333 , 111 , 222, 112, 31 , 33 , 21 , 23 , 12, 1111XAXAXAXAXAXAXXXXXX13212, 12llllX 傳熱學(xué)講義13 交叉線法abadbdabXabbcacabXXXXbdabacabbdabacabcdab221, abbdacadbcXcdab2, 傳熱學(xué)講義14 從已知推出未知21A 由P.270圖8-8可以查出 求 X

5、1,2？2,AX2, 1AX 由角系數(shù)的可加性1 ,2,21,2XXXAA2, 1112,12, 1XAAXAAXAAAA 傳熱學(xué)講義15 利用對稱性1124121 傳熱學(xué)講義16五 舉例鍋爐爐膛對水冷壁的輻射角系數(shù) 傳熱學(xué)講義17經(jīng)簡化后 變成線AD對弧AB的角系數(shù) 記得要乘2倍 傳熱學(xué)講義18sBCMBsADBCDABADX22 傳熱學(xué)講義198-2 8-2 被透熱介質(zhì)隔開的兩固體被透熱介質(zhì)隔開的兩固體 表面間的輻射換熱表面間的輻射換熱一 透熱介質(zhì) 指不參與熱輻射的介質(zhì) 空氣二 封閉腔模型 在計算任何一個在計算任何一個表面與外界之間表面與外界之間的輻射換熱時的輻射換熱時 該表面向空間各方向

6、發(fā)射出去的輻射能 空間各個方向投射到該表面上的輻射能 傳熱學(xué)講義20如何確保以上兩點呢？ 計算的對象必須是一個包含所研究表面在內(nèi)的一個封閉腔 封閉腔的表面可以全部是真是的，也可以部分是假想的 傳熱學(xué)講義21三 兩黑體表面組成的封閉腔如圖，垂直于紙面方向無限長假定出去為 “ + ”1 , 2222, 1112, 1XEAXEAbb211 , 22212, 11bbbbEEXAEEXA關(guān)鍵！ 傳熱學(xué)講義22abcd1242412, 11212, 112, 1TTXAEEXAbb 舉例acadcabcadcXXX,2, 11,adcacXadcacacadcAAX, 傳熱學(xué)講義23四 兩漫灰表面組成

7、的封閉腔1 211T22T以表面1為研究對象 投入到表面1上的輻射能 從表面1上出去的輻射能1 投入輻射 G 單位時間內(nèi)從外界投射到單位表面積上的總輻射能 單位：W/m2 傳熱學(xué)講義242 有效輻射 J 單位時間內(nèi)從離開表面的單位表面積上的總輻射能 單位：W/m21 , 2222, 1112, 1XJAXJA關(guān)鍵！ 傳熱學(xué)講義2511111GEqb1111)11(qEJbGEGEJb3 有效輻射與表面凈輻射換熱量之間的關(guān)系1 , 2222, 1112, 1XJAXJA111GJq外內(nèi)假定出去為 “ + ” 傳熱學(xué)講義26qEJb)11(4 兩漫灰表面組成的封閉腔1 , 2222, 1112,

8、1XJAXJA 一般情形1 , 22, 1221 , 2112, 1qAqA 傳熱學(xué)講義272222,11111212,1111AXAAEEbb2, 1121212, 112, 11XAEEEEXAbbbb 傳熱學(xué)講義28定義系統(tǒng)黑度(或稱為系統(tǒng)發(fā)射率)11111121 ,212,1XXs1 , 222, 11212, 112, 111111)(XXEEXAbb)(212, 112, 1bbsEEXA2222,11111212,1111AXAAEEbb 傳熱學(xué)講義291111112212, 112, 1AAXXs表面1為凸面或平面11112211AAs 幾種特殊情形 傳熱學(xué)講義301111112212, 112, 1AAXXs表面積A1與表面積A2相當且無限靠近111121s 傳熱學(xué)講義311111112212, 112, 1AAXXs表面積A2比表面積A1大很多且表面1為非凹表面1s高溫管道間熱電偶測溫的輻射誤差 傳熱學(xué)講