第9章 辐射传热计算-2015-1课堂

X1, 2
1,2 1,2 A 1,2 B
X1, 2i
i 1
n
A1 Eb1 X 1,2 A1 Eb1 X 1,2 A A1 Eb1 X 1,2 B X 1,2 X 1,2 A X 1,2 B
再来看一下2 对 1 的能量守恒情况: 2 ,1 2 A ,1 2 B ,1
X 1,2 X 2,1
1 A1 1 A2

A1
A2
X d 1, d 2 dA1 X d 2, d 1dA2
A
A1 1
1
cos 1 cos 2 dA1dA2
A2

A1
1 A2
A2

A1
r cos 1 cos 2 dA1dA2
2
(9-4a)
A2
r
2
(9-4b)
的电流、电位差和电阻比拟热辐射中的热流、热势差与热
阻，用电路来比拟辐射热流的传递路径。但需要注意的是， 该方法也离不开角系数的计算，所以，必须满足漫灰面、 物性均匀以及投入辐射均匀的条件。
热势差与热阻
上节公式(9-12)：
J Eb ( 1)q
1

改写为：
Eb J q 1
1, 2 A1 Eb1 X 1, 2 A2 Eb 2 X 2,1 A1 X 1, 2 ( Eb1 Eb 2 ) 的热辐射 到达表面 2的部分 的热辐射 到达表面 1的部分
图9-13 黑体系统的 辐射换热
表面1发出 表面 2发出
例题9-4 一直径d=0.75m的圆筒形埋地式加热炉采用电加热。 在操作过程中需要将炉子顶盖移去一段时间，设此时筒身温 度为 500K ，筒底为 650K 。环境温度为 300K 。试计算顶盖移 去期间单位时间内的热损失。设筒身及底面均可作为黑体。

17
两表面封闭系统的辐射传热
1、两黑体表面封闭系统的辐射传热 如图所示，黑体表面1、2在垂直于直面方向上为无限长，
则表面1、2的净辐射传热量为： （参考例题9-4）
1,2 A1 Eb1 X1,2 A2 Eb2 X2,1
A1 X1,2 Eb1 Eb2 A2 X2,1 Eb1 Eb2
A1 X1，2
多表面系统的辐射传热
将上式与电学中欧姆定律比较可知：
换热量相应于电流强度；
Eb-J 或 J1-J2 相当于电势差；

1 及 1 相当于电阻，分别称为辐射传热
A
A1 X1，2
的表面辐射热阻及空间辐射热阻。

=
Eb J
1
A
31
1,2
=
J1
1
J
2
A1 X1，2
27
目录
9.1 辐射传热的角系数 9.2 两表面封闭系统的辐射传热 ➢ 9.3 多表面系统的辐射传热 9.4 气体辐射的特点及计算 9.5 辐射传热的控制（强化和削弱）
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多表面系统的辐射传热
在由两个表面组成的封闭系统中，一个表面的净辐射换 热量也就是该表面与另一表面间的辐射传热量。
46
辐射传热的控制（强化和削弱）
（2）控制空间热阻： 1
A1 X1,2
改变空间热阻需要调整物体的辐射 角系数。
例如，要增加发热表面的散热量， 则应增加该表面与温度较低的表面间的辐 射角系数。对温度敏感的元件应布置与冷 风入口处。
47
本章小结
2、有效辐射
48
性质
1、角系数
计算
3、辐射 空间热阻
4、辐射 表面热阻

基本定律 ：1. 普朗克定律
2. 斯狄芬-玻耳兹曼定律（维恩位移定律）
3. 兰贝特定律
4.基尔霍夫定律
基本原理： 1.辐射换热的分析与计算（四大部分）
2.遮热板原理的分析与计算

5.67 (1T010
)4

( T2 100
1 1 1
)
4


B(T14
T24 )
1 2
1 2
有板3时，对稳态有： q1,2’=q1,3=q3,2；其中q1,3=B(T14-T34)
图11 遮热板
q3,2=B(T34-T24);而q1,3+q3,2=B(T14-T34)+B(T34-T24)=B(T14-T24)= q1,2
这些都是用减少发射率(吸收比)的方法来削弱换热的例子。
在实际工程应用中，多采用遮热板来减少辐射换热的方法。
所谓遮热板，是指插入两个辐射换热表面之间以削弱辐射 换热的薄板。
如图11所示
假设 1 2 3 只考虑单位面积
无板3时，
q1,2

(Eb1 Eb2 ) 1 1 1
A11 A1 X1,2 A2 2
2. 三灰表面间的辐射换热
应用电学中的基尔霍夫定律， 可列出节点的热流方程：
J1 :
Eb1 J1
1 1

J2
1
J1

J3
1
J1
0
1 A1
A1 X1,2 A1 X1,3
J2 :
Eb2 J 2
12

J1 J2 1

J3 J2 1
0
辐射能的百分数随之而异，从而
影响到换热量。

对于辐射绝热表面
Φ
Eb J
1
0，
J
Eb
A
这种表面称为重辐射面，其具有两重性：
从温度上看，可将其视为黑体； 从能量上看，可将其当做反射率为1的表面； 故重辐射表面是在一定条件下的黑体或白体。
注意：
黑体表面J=Eb为源热势，不依赖于其他表面有效辐射及空间热阻； 重辐射面J=Eb为浮动热势，其表面温度未定，与其他表面有效辐射
• 两块尺寸为1m×2m、间距为1m的平行平板置于室温 为27℃的大厂房内，平板背面不参与换热。已知两板 的温度分别为t1=827℃， t2=327℃和1=0.2， 2=0.5 。 计算每板的净辐射换热量及厂房壁所得到的辐射热量。
9.3.1 多表面系统辐射传热计算步骤
• 确定组成封闭系统的表面及各表面的性质； • 绘制等效辐射网络图； • 列出节点方程式； • 求解获得有效辐射（节点热势）J1,J2…JN; • 求辐射换热量。
9.3.2 三表面封闭系统传热计算
➢表面的确定 三表面封闭腔系统
组成封闭腔体的表面可以是真实 的，也可以是虚构的。确定每个 参与辐射表面的性质（黑表面、 灰表面、重辐射表面）。
Rt
11 1 A1
1 2 2 A3
Req
1 1
1
Req 1 A1 X1,2 1 A1 X1,3 1 A2 X 2,3
9.3.4 有效辐射换热的数值计算
• 由于通过等效网络获得的节点方 程为隐性格式，不适用于迭代求 解；
• 对于表面较多的封闭腔系统，不 便于建立等效网络；
• 对于计算机辅助求解有效辐射， 可从能量守恒角度进行分析。
数的方法。
➢计算实例1
非凹表面组成的系统面积分别为A1,A2和A3 （在垂直于屏幕方 向为无限长，故从系统两端开口处逸出辐射能可略去不计）。