1、 ht-09.doc 第九章 11第九章 辐射换热计算第一节 黑表面间的辐射换热一、任意位置两非凹黑表面间的辐射换热1.黑表面间的辐射换热图 9-1 任意位置两非凹黑表面的辐射换热 12dAb11cosdIEb1=Ib1；21cosdrA1212dAb1cosdEr21 A121221 12dA,dAdAb21cos()dAr（9-1）1212 12, ,b()E2.角系数 1212 12b1dA 12dA, cosdcosdArX AEr121212 2dd 12d,AAht-09.doc 第九章 22（9-2 a）12121 12dAA 2,2 1cosdAX Ar（9-2 b）221,
2、121（9-3）,X3.辐射空间热阻图 9-2 辐射空间热阻（9-4）21,b12,1b12, )()( AXEAXE2,1,1,2 =（ Eb1 Eb2） A = b（ T14- T24） A二、封闭空腔诸黑表面间的辐射换热图 9-3 多个黑表面组成的空腔图 9-4 三个黑表面组成空腔的辐射网络ht-09.doc 第九章 33图 9-5 例 9-1附图： ,1,2,1niiiiijj将上式除以 ，按角系数定义，可得i（9-5）,1,2,n,1iiiijjXX nj njijjijijnjii AEAE1 1,b1,bi,bji1, )(（9-6）njjiii X1,j【例 9-1】（ a）3
3、1,bbjjjAE（ b）2,2jjjX（ c）031,bb3jjj 2,1,2, 31,AX2213,33,2/0.5ArX,2,5.033,b,b213,b3EEA4bTE42143TT3=415.6K或者 142.61b1,b2,1b3,14,431b244()()0715.65.6()80.WEAXEAXC【讨论】ht-09.doc 第九章 444122AR4b1212,2()5.673.1)80.W/bET（第二节 灰表面间的辐射换热一、有效辐射图 9-6 有效辐射示意图图 9-7 辐射表面热阻1.有效辐射J1=1Eb1 1G1=1Eb1（1 1） G1 W/m2 （ a）2. 辐射
4、表面热阻W/m2 （ b）1b11JAW （9-11)(AJE7）ht-09.doc 第九章 55二、组成封闭腔的两灰表面间的辐射换热图 9-8 两个灰表面组成封闭腔的辐射换热网络图 9-9 空腔与内包壁面间的辐射换热W (9-8a)212,1b2,1AXE)1()(22,11b2, （9-8 b）,sbXAE)()(21,12,s1.无限大平行灰平壁的辐射换热A1=A2=A，且 X1,2=X2,1=1，W （9-9）)(1)(421bs2b2,1 TAE21s2.其中一个表面为平面或凸表面的辐射换热ht-09.doc 第九章 66W (9-10)1(21b2, AEA2 A1，且 2的数值较
5、大1,2= 1 A1（ Eb1 Eb2）W （9-11）三、封闭空腔中诸灰表面间的辐射换热1.网络法求解图 9-10三个灰表面组成封闭腔辐射换热网络图 9-11 例 9-4附图图 9-12 例题 9-5附图节点 1 0113,2,1b AXJJAE（ a）ht-09.doc 第九章 77节点 2 01123,21,2b AXJJAE（ b）节点 3 32,31,3bJJ（ c）【例 9-4】 X1,2= X2,1=0.38X1,3=X2,3=1 X1,2=10.38=0.62计算网络中的各热阻值：A1=A2=0.3 2=0.283m2m21.483.0m 252m 2.9.1,AXm 27.8
6、3.06123,13, 流入每个节点的电流总和等于零 7.5.9.41b3121bJEJE03522 W/m246.84b1TW/m235172EbW/m290.84b3J1=5129 W/m2 J2=2760W/m215W.1JAb2347608.E312()(1)2【例 9-5】m 2.41ARm 23.52ht-09.doc 第九章 88m 23.912,AXRm 27.513,3,1Eb1=20244W/m2 Eb2=3544W/m2=14.1+ m 23,2,12,1RR 5.437.5.9b, 043682W.J1=Eb1 1,2 R1=2024468214.1=10627.8 W
7、/m2J2=Eb2 1,2 R2=35446825.3=7185.6 W/m2J3=（ J1+J2）/2=8893.2 W/m 2J3=G3=Eb3= bT34/ 1/489.69K56702. 值解法图 9-13 例 9-6（ a）（ b）附图及其辐射换热网络niijjAXJG1,jj（9-12）niijjjjjEAJ1,b)(iijjniijXJ,1,ht-09.doc 第九章 99（9-13）b,1()njjjijJEJX（9-4b1, jjjniij TX14）（9-15）411, 21,3,b22, 2,2,21,2,3() ()nnnnJXJJXTJXJ 4, , b1()()nn
8、Xi=1，2，n （9-16）iiiAE1b【例 9-6】；1,1,21,31,40.503XX、；222. 5；3,3, ,3,7.4.0.7；41234. 、498.2651.050JJ4321 37.2.68.4.7. 4.3J1=440.45 W/m2； J2=370.28 W/m2；J3=382.69 W/m2 ; J4=380.80 W/m2。8b115.6709)0.51W1.EA （84b4.2)3.8.(.06J （ 吸 热 ）ht-09.doc 第九章 1010四、遮热板图 9-14 遮热板原理图 9-15 两平行大平壁或管壁中间有一块遮热板时的辐射网络图 9-16 例 9
9、-8附图（1）1)(24b2,1Tq（2）)(314b3,（3）) (234b2,Tq稳态 1,3,21,q)(44Tht-09.doc 第九章 1111（4）4b121,2( )Tq【例 9-8】第三节 角系数的确定方法一、积分法确定角系数图 9-17 确定角系数的积分方法示例图 9-18 平行长方形表面间的角系数ht-09.doc 第九章 1212图 9-19 两同轴平行圆盘间的角系数图 9-20 相互垂直两长方形表面间的角系数， ， 。212xRr221cosxR21,dAdcos21 ArX2)(Ax/02dDR/021xht-09.doc 第九章 131324DR二、代数法确定角系数
10、图 9-21 分解性原理图 9-22 三个非凹表面组成的空腔图 9-23 两个无限长相对表面间的角系 数ht-09.doc 第九章 1414图 9-24 例 9-9 附图 ijjiXA,i=1，2， nnjji1,（9-17 a）,42,32,XA（9-17 b）6,15,1,1（9-17 c）nkmpjpikji ,3个非凹形表面X1,2A1 X1,3A1=A1X2,1A2 X2,3A2=A2 （1）X3,1A3 X3,2A3= A3X1,2A1=X2,1A2X1,3A1=X3,1A3 （2）X2,3A2=X3,2A3ht-09.doc 第九章 1515X1,2A1 X1,3A1 X2,3A
11、2=（ A1 A2 A3）/2X2,3A2=（ A2 A3 A1）/2X1,3A1=（ A1 A3 A2）/2X1,2A1=（ A1 A2 A3）/2（9-2133,221,2, AX18） （4）abcacb,（5）d2d,（9-cX)()(cab,19）【例 9-9】 4,24),21(4,1AA 3,2)43(,23),21()3( XAX=0.2； =0.15； =0.29； =0.24。)43(,21X),21(X4, ,=0.5 m2； =1 m2； =0.5 m2。)(所以 = (10.210.15)(0.50.29 0.50.24)/0.5 4,1= 0.05 第四节 气体辐射
12、一、气体辐射的特点气体 g1透明固体 水蒸气和二氧化碳的辐射和吸收光带 表 9-1H2O CO2光 带 波长自12（m ）（m）波长自12（m ）（m）第一光带 2.243.27 1.03 2.363.02 0.66第二光带 4.88.5 3.7 4.014.8 0.79第三光带 1225 13 12.516.5 4.02气体的辐射和吸收是在整个气体容积中进行。ht-09.doc 第九章 1616图 9-25 黑体、灰体、气体的辐射光谱和吸收光谱的比较1-黑体；2-灰体；3-气体（ a）辐射光谱；（ b）吸收光谱 ),(, spTfg二、气体吸收定律图 9-26 某波长射线穿过气体层时的减弱
13、sIIsxK,0, d0x,（9-20 a）)ep(,s（9-20 b）0,s, sI三、气体的发射率和吸收比1. 气体的光谱吸收比和光谱发射率 ,g1exp()Ksk（9-21）,g, 2气体的发射率ht-09.doc 第九章 1717图 9-27 二氧化碳（CO 2）的发射率ht-09.doc 第九章 1818图 9-28 水蒸气（H 2O）发射率（9-22）g,bb00d1exp()dEksE4gbgT（9-0g4bg()s23）图 9-27是由透明气体与 CO2组成的混合气体的发射率，总压力为1.013105Pa。当混合气体的总压力不是 1.013105Pa时，压强对的修正值 可查图
14、9-29。对于 CO2，分压力的单独影响可以忽略，*CO22CO故：（9-24）),(22COg1*spTf *CO22图 9-28是不同 及温度 T下的 H2O气体的发射率，由于水蒸汽分H压力 还单独对发射率有影响，所以图中查得的 相当于在总压力OH2p *H21.013105Pa，而 =0的理想条件下的值（它时将 单独随 的变O2 OOH2p化外推到 =0得出的。作为基准值，以便修正 构成的影响，故2 2pht-09.doc 第九章 1919又可称为基准发射率） 。总压与分压对 影响的修正值 可查图*OH2 *OH2OH2C9-30。故： ),(g2*OH22psTf（9-25）2C考虑到
15、燃烧产生的烟气中，主要吸收的气体是 CO2和 H2O，其它多原子气体含量极少，可略去不计，此时混合气体的发射率为（9-26）OHCg2式中 是考虑到 CO2 和 H2O吸收光带有部分重叠的修正值，当两种气体并存时，CO 2辐射的能量中有部分被 H2O所吸收，而 H2O辐射的能量也有部分被 CO2所吸收，这样就使混合气体的辐射能量比单种气体分别辐射的能量总和要少些，因此要减去 。 的数值可由图 9-31确定。3气体的吸收比 g图 9-29 CO2的压强修正图 9-30 H2O的压强修正ht-09.doc 第九章 2020图 9-31 CO2和 H2O气体吸收光谱重叠的修正（9-27）Cg265.
16、0wg*O22T4.H22w)(T4射线平均行程m （9-28）AVCs4射线平均行程 表 9-2空 间 的 形 状 s 空 间 的 形 状 s1. 直径为 D的球体对表面的辐射 0.65D5. 高度与直径均为 D的圆柱，对底面中心的辐射 0.71D2. 直径为 D的长圆柱，对侧表面的辐射 0.95D3. 直径为 D的长圆柱，对底面中心的辐射 0.90D6. 厚度为 D的气体层对表面或表面上微元面的辐射 1.8D4. 高度与直径均为 D的圆柱，对全表面的辐射 0.60D7. 边长为 a的立方体对表面的辐射 0.60a四、气体与外壳间的辐射换热q =气体发射的热量气体吸收的热量（9-29）)(4
17、wgb4wg4bg TT灰表面 w=w。（1）4 22gb g1()1)AT（2）gww(W （9-30 a）)4gb4b4bgw TAT W （9-30 b）)4g五、火焰辐射随着燃料种类与燃烧方式的不同，在炉膛中燃烧生成的火焰可分为三种类型：1不发光火焰2半发光火焰3发光火焰ht-09.doc 第九章 2121：（9-31）,f,f1exp()Ks对 0.8 m的红外线（9-95.0C32）对 =0.30.8 m的可见光（9-39.12K33）（9-34）4b0f,fdTEb04exp()dsET第五节 太 阳 辐 射图 9-32 大气层外缘及地面上的太阳辐射光谱图 9-33 大气层外缘太
18、阳辐射的示意图ht-09.doc 第九章 2222图 9-34 选择性吸收表面的光谱吸收比 随波长的变化（ a）理想情况；（ b）镍黑镀层228s,e 643.5710%4(150.)rXR太阳直径 ds=1.39710 6km，表面积 As=6.13110 18m2 W81846b.7.3.EAT、102617s,es3W/m272.55(64)q称为太阳常数，用符号 sc表示（9-35）ofG太阳辐射在大气层中的减弱与以下因素有关：1. 大气层中 H2O、CO 2、O 3对太阳辐射吸收作用2. 太阳辐射在大气层中遇到空气分子和微小尘埃就会产生散射3. 大气中的云层和较大的尘粒，对太阳辐射起反射作用4. 与太阳辐射通过大气层的行程有关【例 9-14】图 9-35 例 9-14附图
