传热学中的辐射传热现象

【冻干专题研究二】冷冻干燥工艺放大中的传热传质问题I：非典型辐射与边缘小瓶效应

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冷冻干燥工艺放大中的传热传质问题I:

非典型辐射与边缘小瓶效应

提交日期：2003年2月7日；接受日期：2003年3月3日

ShailajaRambhatla 1,2和Michael J.Pikal 1

1康涅狄格大学药学学院，康涅狄格州斯托尔，邮编06269

2拜耳公司，生物制品，克莱顿，NC 27520

摘要

这项研究的目的是确定辐射传热是否与位置相关的热传导相关，称为边缘小瓶效应。冷冻干燥是在实验室规模的冻干机上进行的，使用装有纯水且完全加塞的小瓶进行冷冻干燥，但在其中插入精确切割的金属管以确保蒸汽流动阻力的均匀性。通过重量分析来测定(译注：失重法)升华速率。将小瓶壁溅射镀金并放置在板层的选定位置。测定位于不同位置小瓶（前面（译注：靠近门的那一侧，下文中前面位置均指这一侧）、边缘（冻干箱左右两侧）、中间）的平均升华速率。此外，还分别测量了使用和不使用铝箔（辐射屏蔽）情况下的升华速率。通过使用低导热率材料（聚苯乙烯泡沫塑料）代替不锈钢护栏来研究护栏材料的影响，及其通过接触导热对边缘小瓶效应的贡献（译注：影响）。使用红外线温度计测量相关表面的辐射（ε）。还将小瓶悬挂在隔板上进行升华速率实验，以研究对流传热的作用。研究发现，与中间的小瓶相比，位于前部的小瓶的升华速率明显更高。在内壁上以包裹有铝箔（屏蔽辐射）的边缘小瓶的升华速率降低，并且在较小程度上降低中间小瓶的升华速率。与透明小瓶（ε≈0.9）相比，放置在阵列前面的镀金小瓶（ε≈0.4）的升华率明显降低。在小瓶悬挂在板层上的实验情况下，发现传热系数与室压无关，表明纯对流在传热中不起重要作用。我们观察到当使用钢护栏代替聚苯乙烯泡沫塑料时升华速率更高，在没有护栏的情况下升华速率最高，表明金属带可以作为隔热罩，但也可以通过传导和辐射从板层传递一些热量，但护栏对传导传热贡献不大。非典型辐射传热，是位于阵列正面和侧面的小瓶的较高升华速率的原因。

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计算传热学在工程换热设备传热研究中的运用分析

作者：赵征 汪一舟

来源：《科技风》2017年第23期

摘 要：工业现代化趋势下，机械设备在实践生产中得到了广泛应用。其中换热设备能够将热量从热流体传递到冷流体当中，以满足生产需求。随着生产技术不断发展，人们对换热设备传热性能提出了更高要求，将计算传热学应用到设备传热研究中，能够提高传热效果，且能够提高产品生产质量。文章从计算传热学概念入手，对计算传热学在工程应用现状进行分析，并提出计算热传学在实践应用中未来发展趋势及方向。

关键词：计算传热学；工程换热设备；传热研究；运用

随着社会经济不断发展，我国各领域得到了长足发展。计算传热学作为一门新兴学科，主要涉及热传导、对流传热等内容，为工程换热设备传热研究提供了极大的支持。在实践应用中，将计算技术、仿真技术有机整合到一起，能够根据具体情况实现良好的热能交换，提高生产有效性。

1 计算热传学概述

所谓计算热传学，是指对流动与传热问题的控制方式，并利用数值解值法对计算机进行求解的一门学科。它主要是研究传热学四大模块，即热传导、对流传热及辐射传热等内容，其中流体力学理论与成果是学科研究的重要前提和基础。计算传热学发展之前，受到计算方法、硬件发展的限制，使得研究停留在单元热传递方面，没有实现进一步拓展[1]。随着科学技术不断发展，针对大型、复杂流动换热设备物流过程给予了更多关注和研究，在很大程度上突破了以往研究局限性，促进学科研究迈向全新的领域和方向。

2 计算传热学在工程应用现状

自上个世纪30年代以来，Thom首次利用手摇计算机完成外掠圆柱流动数值计算，为计算传热学规模化应用提供了极大的支持。随着计算机技术快速发展，越来越多的学者对计算传热学实际应用产生兴趣，并集中对换热设备内部流动与传热耦合问题进行了深入研究。如B.M.Burnside构建再热锅炉二维数值计算模型，通过数值计算，结合实验研究结果能够对锅炉流动、温度分布及流动损失进行了分析。由于锅炉结构较为复杂，在计算时，选择R113余正戊烷作为介质，以此来提高计算有效性。通过计算锅炉内部介质流速分布、热流率等参数，能够为锅炉设计和制造提供科学依据。德国学者利用2D、3D计算机流动模拟模型等分析介质流动与流动尾迹振动激励耦合问题。同时，美国学者通过对单列带翅管式换热器可视化进行研究，借助翅片之间的距离实现了无量纲化。 龙源期刊网

预习报告&实验报告

实验名称 中温辐射时物体黑度的测试

姓 名 学号

专业班级

同组人员

指导教师

成 绩

序号 综合评价内容（评语） 评价等级

1 实验预习及实验报告内容完整充实，书写工整规范，积极认真参与实验并认真记录数据，在实验过程中能灵活运用所学知识并及时发现并解决问题，能遵循实验室各项制度。实验结果、分析和结论准确无误并独立完成数据处理，得出正确结论。 优秀

2 实验预习及实验报告内容完整，填写规范；参加实验并记录数据。实验过程不能灵活运用所学专业知识，能独立得出实验结果，分析和结论正确并独立完成并得出结论。 良好

3 实验预习及实验报告内容基本完整，书写潦草态度敷衍，能参加实验，但实验过程中不积极参与其中，注意力不集中，实验步骤不按要求需要多次指导；实验结果、分析和结论基本正确，缺少部分实验处理详细过程（不画曲线图或无计算过程）。 中等

4 实验预习及实验报告内容不完整，参与实验但不能按照实验步骤或规章制度参与实验；早退；实验过程中擅离试验台或实验过程中出现失误、不会运用专业知识解决实验中出现的问题，实验结果、分析和结论存在明显问题（与事实相悖）需要修改。 及格

5 缺少实验预习及实验报告；实验数据未记录且未按规定补齐；缺席实验课且未在规定时间内补做；实验中违反操作规定出现严重事故；实验不及格者连同本门理论课成绩一律以不及格计。 不及格

1 教学实验 2019

西安理工大学学报Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｘｉ’ａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（２００２）Ｖｏ１－ｌ８　Ｎｏ　ｌ　

文章编号：１００６—４７１０（２００２）０１　００４４—０４　

蒙特卡洛法在辐射传热中的应用研究　

成珂，李新中，束鹏程　

（西安交通大学能源与动力工程学院，陕西西安７１００４９）　

摘要：针对蒙特卡洛法计算辐射传热的核【心问题，研完了如何正确模拟辐射过程中发射能　柬的位置、方向、吸收、反射及反射方向，提出了以积分概率分布为基础的算击。通过对实例　

模型的计算表明，该算法可用于有曲面和非均匀面的辐射传热系统的计算，且具有收敛快、　

精度高的优点。　关键词：蒙特卡洛法；辐射传热；积分概率分布　中圈分类号：ＴＢ６５１　文献标识码：Ａ　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｏｌｌ　Ｍｏｎｔｅ　Ｃａｒｌｏ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｉｎ　Ｒａｄｉａｌｉｖｅ　Ｈｅａｔ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　

ＣＨＥＮＧ　Ｋｅ，ＬＩ　Ｘｉｎ—ｚｈｏｎｇ，ＳＨＵ　Ｐｅｎｇ—ｅｈｅｎｇ　（ＸＬ’ａｎ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓ｛ｔｙｔ　Ｘ１’ａｎ　７１００４９，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ　ａｌｌ　ａｉｍ　ａｔ　ｔｈｅ　ｆｆｏｒｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｉｎ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ　ｒａｄｉａｔｉｖｅ　ｈｅａｔ　ｔｒａｎｓ｛ｅｒ　ｂｙ　Ｍｏｎｔｅ　Ｃａｒｌｏ　ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ＂ｄｅａｌｓ　ｗｉｔｈ　ｈｏｗ　ｔＯ　ｃｏｒｒｅｃｔｌｙ　ｓｉｍｕｌａｔｅ　ｔｈｅ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ，ｄｉ—　ｅｃ“ｏｎｓ　ａｎｄ　ａｂｓｏｒｇｔｉｏｎ　０１．ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ　ｂｅａｍ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｕ．ｒｓｅ　ｏｆ　ｒａｄｉａｔｉｏｒ￣，　

ａｎｄ　ｓｕｇｇｅｓｔｓ　ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｂａｓｅｄ　Ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ．Ｉｔ　ｉｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅｄ　ｖｉａ　ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　０ｆ　ａｃｔｕａｌ　ｅｘａｍｐｌｅｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｉｓ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｃａｎ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｃａｌｃｕｌａｔｅ