1、第十五章 辐射换热,本章主要内容： 黑体辐射定律 两表面间的辐射换热 辐射换热的网络方法 气体辐射 火焰辐射 辐射给热系数,黑体辐射定律 1.黑体的辐射定律： 2.黑度： ， 3.基尔霍夫定律：,例题15-1 有一水平放置的钢坯，长为1.5 ，宽为0.5 ，黑度=0.6，周围环境温度为200 。试比较钢坯温度在2000 和1000 时，钢坯上表面由于辐射和对流造成的单位面积的热损失。例题15-2角系数，求证如图所示的角系数为：,例题15-2示意图,两表面间的辐射换热,有效辐射的概念：式中 有效辐射；自身辐射；反射率； 投射辐射。,有效辐射示意图,两表面构成封闭空间时：,例题15-3在金属铸型中
2、浇铸平板铝铸件，已知平板铝铸件的长、宽分别为 及 ，铸件和铸型的表面温度分为 ， 。黑度分别为 、 。由于铸件凝固收缩，铸型受热膨胀，在铸件和铸型之间形成气隙，若气隙中的气体为透射气体，试求此时铸件和铸型之间的辐射换热量。,例题15-4用裸露热电偶测量热风管内的热风温度，已知热电偶指示温度 ，热电偶的表面黑度为0.7，管壁内表面温度 ，热风与热电偶接点间的给热系数 ，试求热风真实温度 。,关于有效辐射对于任一表面： 自由辐射；投射辐射； 吸收辐射；反射辐射。 有效辐射为： （不透明体）,净辐射: 从表面看 从内部看 ，两式合并，消去 得：所以 或又 所以,辐射换热的网络方法,导热热阻： 导热比
3、热阻 对流热阻： 对流比热阻所以 热通量温差/热阻（比）热流量温差/热阻 对于辐射换热：热流量辐射势差/热阻,基本网络单元 表面单元： 式中 面积表面热阻为：,空间单元：两表面构成封闭空间时，两者之间的辐射换热量。或 空间热阻为：,两表面间的辐射换热：分子分母同乘以 ，且考虑到 和所以,两灰表面间的辐射换热网络,三表面间的辐射换热： 电学的克希霍夫定律：流入任一节点的电流之和为零。 对于辐射换热：流入任一节点的热流之和为零。点：,点：点：,所以 ，,，,，,，,，,三个灰表面间辐射换热的网络,重辐射表面：（全反射面，白表面）绝热面：吸收与辐射相等，净辐射为零。即 且 同时此时，网络变成一串一并
4、等效电路。与 间的环热量为：,即,例题15-5有一炉顶隔焰加热熔锌炉，炉顶被煤气燃烧加热到 ,熔池液态锌温度保持 ,炉膛空间高 。炉顶为碳化硅砖砌成，设炉顶面积 与熔池面积 相等，为 ，已知碳化硅砖的黑度 ，熔锌表面黑度 。假定炉墙散热损失可忽略，求炉顶与熔池的辐射换热量。,表面间有隔热屏时的辐射换热 考虑两个平行表面： （1）无隔热屏时 ：条件为： ； （2）有一层隔热屏时：,两大平板间有一块隔热屏时的辐射换热网络,为了便于比较, 令 且加 层隔热屏后，热通量降至原来的 隔热屏黑度越小，隔热效果越好。,例题15-6 黑度 和 的两块平行大平板之间进行辐射换热，当它们中间设置一块 的磨光铝制品
5、隔热屏后，试问辐射换热量减少多少？,气体辐射,气体辐射特点： （1）分子结构决定了辐射和吸收的能力。 单分子、对称双原子气体：无辐射、无吸收，故称透明体。异极性气体 （非对称双原子、多原子。例如： 、 、 、 ）有辐射、吸收。 （2）对波长的选择性。,（3）体积辐射（吸收）吸收率： 射线行程 压强 气体吸收定律贝尔定律单色辐射强度为 的热辐射通过 厚的气体的衰减量为：式中 单色吸收系数 。,积分得：透射率又因为气体无反射，故其吸收率为：,考虑基尔霍夫定律：当 时 。 大空间可视为黑体。 气体的黑度与吸收率 （1）气体的黑度气体辐射力：,实测数据表明：考虑四次分定律的应用，则气体的黑度应表示 为
6、：,但一般表示成： 并将数据做成图表供查询。 对 ，由于 和 的指数不同，如果按相同 处理需要加一个修正系数。即,为按 查到的 的黑度。 对于混合气体： 关于射线行程 ： 球体内气体对球内表面： 长圆柱对侧面： 高、径相等的圆柱对整个侧面： 高、径相等的圆柱对底面中心： 两个大平行平板对一侧： 板间距,立方体对整个表面： 边长 一般对整个表面：气体的吸收率： 在同一温度下，对同一温 度的热辐射，当 和 不同时， ， 不一 定相等。一般修正为：,火焰辐射,暗焰：不发光火焰，气体燃料完全燃烧，烟气主要是 和 ，火焰略带蓝色或无色，按气体辐射计算。辉焰：发光火焰，液体或固体燃料的不完全燃烧，烟气中除气体外还有碳粒、灰尘等固相，火焰光亮。实验测定 和 。 气体与围壁表面间的辐射换热固体表面与围壁表面间的辐射换热自身辐射投射之反射,气体有效辐射自身辐射投射之透射对于气体来说，净辐射换热通量为：由,可得稳态下有： 所以,又 所以,例题15-8在直径为 、 长为的烟道中，有温度为 ，总压力为1 的烟气通过。若烟道壁温为 ，烟气中含有10%的 、13%的 ，其余为不辐射气体，试求烟气的黑度和吸收率。若 ，烟气和烟道之间的辐射换热速率？,辐射给热系数,对流和辐射同时存在： 其中 式中 对流给热系数。,式中 辐射给热系数。式中 总给热系数,
