辐射换热的计算课件.ppt

節點的熱流方程如下：求解上面的方程組，再計算淨換熱量。A畫等效電路圖；B列出各節點的熱流(電流)方程組；C求解方程組，以獲得各個節點的等效輻射；D利用公式計算每個表面的淨輻射熱流量。總結上面過程，可以得到應用網路法的基本步驟如下：b有一個表面絕熱，即該表面的淨換熱量為零。其網路圖見圖8-14b和8-14c，與黑體不同的是，此時該表面的溫度是未知的。同時，它仍然吸收和發射輻射，只是發出的和吸收的輻射相等。由於，熱輻射具有方向性，因此，他仍然影響其他表面的輻射換熱。這種表面溫度未定而淨輻射換熱量為零的表面被稱為重輻射面。圖8-14三表面系統的兩個特例(3)兩個重要特例a有一個表面為黑體。黑體的表面熱阻為零。其網路圖見圖8-14a。此時，該表面的溫度一般是已知的。§8-4輻射換熱的強化與削弱由於工程上的需求，經常需要強化或削弱輻射換熱。強化輻射換熱的主要途徑有兩種：(1)增加發射率；(2)增加角係數。削弱輻射換熱的主要途徑有三種：(1)降低發射率；(2)降低角係數；(3)加入隔熱板。其實插入防熱板相當於降低了表面發射率。本節主要討論這種削弱輻射換熱的方式。對於兩個無限大平面組成的封閉系統，其換熱量為:為簡單起見，假設，則上式變為。現在在兩面之間插入一塊發射率仍為的遮熱板，這樣就組成了兩個換熱系統，如圖8-15所示.穩態時有:可見，與沒有遮熱板時相比，輻射換熱量減小了一半。圖8-15遮熱板§8-5氣體輻射本節將簡要介紹氣體輻射的特點、換熱過程及其處理方法。在工程中常見的溫度範圍內，和具有很強的吸收和發射熱輻射的本領，而其他的氣體則較弱，這也是本節採用這兩種氣體作為例子的原因。1氣體輻射的特點(1)氣體輻射對波長具有選擇性。它只在某譜帶內具有發射和吸收輻射的本領，而對於其他譜帶則呈現透明狀態。如圖8-16所示。(2)氣體的輻射和吸收是在整個容積中進行的。這是由於輻射可以進入氣體，並在其內部進行傳遞，最後有一部分會穿透氣體而到達外部或固體壁面，因而，氣體的發射率和吸收比還與容器的形狀和容積大小有關。圖8-16CO2和H2O的主要吸收譜帶圖8-17光譜輻射穿過氣體層時的衰減2氣體輻射的衰減規律當熱輻射進入吸收性氣體層時，因沿途被氣體吸收而衰減。為了考察輻射在氣體內的衰減規律，如圖8-17所示，我們假設投射到氣體介面x=0處的光譜輻射強度為，通過一段距離x後，該輻射變為。再通過微元氣體層dx後，其衰減量為。理論上已經證明，與行程dx成正比，設比例係數為，則有*?d1,d2/?d1本身就是Xd1,d2,即微圓面d1發生的能量到達d2的能量除以d1發射的能量*淨熱量法：利用表面的投射輻射、有效輻射的概念，建立表面內部能量平衡式，或外部能量平衡式，可以得到各表面的淨熱量、角係數、溫度、輻射物性的相互關係。這就是淨熱量法。*顯然，如果從表面2出發，同樣可以得到上面的關係式，只是下標1全部都變為2而已，可見，上式具有普遍性。只要保證所有量都針對一個面就行了。輻射換熱的計算§8-1角係數的定義、性質及計算前面講過，熱輻射的發射和吸收均具有空間方向特性，因此，表面間的輻射換熱與表面幾何形狀、大小和各表面的相對位置等幾個因素均有關系，這種因素常用角係數來考慮。角係數的概念是隨著固體表面輻射換熱計算的出現與發展，於20世紀20年代提出的，它有很多名稱，如，形狀因數、可視因數、交換係數等等。但叫得最多的是角係數。值得注意的是，角係數只對漫射面(既漫輻射又漫發射)、表面的發射輻射和投射輻射均勻的情況下適用。1.角係數的定義在介紹角係數概念前，要先溫習兩個概念投入輻射：單位時間內投射到單位面積上的總輻射能，記為G。下麵介紹角係數的概念及運算式。(1)角係數：有兩個表面，編號為1和2，其間充滿透明介質，則表面1對表面2的角係數X1,2是：表面1直接投射到表面2上的能量，占表面1輻射能量的百分比。即(2)有效輻射：單位時間內離開單位面積的總輻射能為該表面的有效輻射，參見圖8-1。包括了自身的發射輻射E和反射輻射?G。G為投射輻射。圖8-1