辐射换热的计算
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传热学重点、题型讲解第九章辐射换热计算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122dA dA b1111d d cos d ΦI A θω-= E b1=πI b1;2221cos d d rA θω=12212dA dA b1122cos cos d d d πΦE A A r θθ-=21212dA dA b2122cos cos d d d πΦE A A r θθ-=12122122212dA ,dA dA dA dA dA b1b2122cos cos d d d ()d d πΦΦΦE E A A rθθ--=-=- 1212122121,2dA ,dA b1b2122cos cos d ()d d πA A A A ΦΦE E A A r θθ==- (9-1)2.⾓系数12121122b1122dA dA 12dA ,dA 22dA b11cos cos d d d cos cos πd d d πE A A Φr X A ΦE A r θθθθ-= ==12122121122dA dA 2dA A 12dA ,A 22dA dA d d cos cos d d d πA A ΦΦX A ΦΦr θθ--===12 1212 1112 2dA dA A A12 1,212 2A A1 dcos cos 1d dπA AA AΦΦX A A ΦΦA r θθ--(9-2a)212212AAA1,2ddπcoscos121212AArAΦΦXAA==-θθ(9-2b)21,212,1AXAX=(9-3)3.辐射空间热阻图9-2 辐射空间热阻21,2b2b112,1b2b12,1)(AXEEAXEEΦ-=-=(9-4)b1b21,21,211E EΦX A-=Φ1,2=(E b1-E b2)A = σb(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图9-5 例9-1附图:,1,2,,1ni i i i n i j j ΦΦΦΦΦ==++=∑将上式除以i Φ,按⾓系数定义,可得,1,2,n ,11ni i i i j j X X X X ==++=∑(9-5)∑∑∑∑====-=-==nj nj i j i nj i j i i j i nj j i i A X E A X E A X E E ΦΦ11,bj 1,bi ,bj bi 1,)(∑=-=nj j i j i i A X E A E Φ1,bj bi (9-6)【例9-1】∑=-=311,b 1b11j j j j A X E A E Φ(a )∑=-=312,b 2b22j j j j A X E A E Φ(b )0313,b 3b33=-=∑=j j j j A X E A E Φ(c )02,21,22,11,1====X X X X13,23,1==X X31,313,1A X A X =32,323,2A X A X =213,11,33,223/210.252A r X X X A r ππ==?==13,32,31,3=++X X X 5.03,3=X033,3b323,2b213,1b13b3=---A X E A X E A X E A E4b b T E σ=2424143T T T +=T 3=415.6K 或者142.6℃1b11b11,11b22,12b33,1344b11b31,3111344311b 244()()()100100473415.61 5.67()()1801.0W 2100100b ΦE A E X A E X A E X A E A E X A A T T T T AC σπ=---=-=-??=-=???-=????【讨论】π411212121=+=+=∑A A A A A AR 4444b1b2121,2()π5.67 4.73 3.13)1801.0W 4/π4b E E T T ΦRσ--===??-=∑(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J 1=ε1E b1+ρ1G 1=ε1E b1+(1-α1)G 1 W/m 2(a )2.辐射表⾯热阻11b111111G E G J A Φαε-=-= W/m 2 (b ) 1111b11b111111)(1A J E J E A Φεεεε--=--=W (9-7)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22212,1111b2b12,1111A A X A E E Φεεεε-++--=W (9-8a ))11(1)11()(2212,112b 1b 12,1-++--=εεA A X E E A Φ 1,2112()W s b b X A E E ε=- (9-8b ))11()11(1121,212,1s -+-+=εεεX X1.⽆限⼤平⾏灰平壁的辐射换热A 1=A 2=A ,且X 1,2=X 2,1=1,)(111)(4241b s 212b b12,1T T A E E A Φ-=-+-=σεεε W (9-9)1121s -+=εεε2.其中⼀个表⾯为平⾯或凸表⾯的辐射换热)11(1)(22112b 1b 12,1-+-=εεA A E E A Φ W (9-10)A 2 >>A 1,且ε2的数值较⼤Φ1,2=ε1 A 1(E b1-E b2)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1013,11312,1121111b1=-+-+-A X J J A X J J A J E εε(a )321,2212222b2=-+-+--A X J J A X J J A J E εε(b )节点3 011132,33231,3313333b3=-+-+--A X J J A X J J A J E εε(c )【例9-4】X 1,2= X 2,1=0.38X 1,3=X 2,3=1-X 1,2=1-0.38=0.62计算⽹络中的各热阻值:A 1=A 2=π?0.32=0.283m 21.14283.02.02.011111=?-=-A εε m -23.5283.04.04.011222=?=--A εε m -23.9283.038.01112,1=?=A X m -27.5283.062.011123,213,1=?==A X A X m -2流⼊每个节点的电流总和等于零07.53.91.141b3121b1=-+-+-J E J J J E 07.53.93.52b3212b2=-+-+-J E J J J E 202447731067.5484b1=??==-T E b σW/m 2 35445001067.5484b2=??==-T E b σW/m24593001067.5484b3=??==-T E b σW/m 2J 1=5129W/m 2J 2=2760W/m 2b1111112024451291072W 114.1E J ΦA εε--===- b22222235442760148W 1 5.3E J ΦA εε--===-312()(1072148)1220W ΦΦΦ=-+=-+=-【例9-5】1.1411111=-=A R εεm -23.512222=-=A R εεm -23.9112,12,1==A X R m -27.5113,13,23,1===A X R R m -2E b1=20244W/m 2E b2=3544W/m 2∑++++=23,23,12,11111R R R R R R =14.1+5.243.57.57.513.911=+++m -2b1b21,2202443544682W 24.5E E ΦR --===∑J 1=E b1-Φ1,2?R 1=20244-682?14.1=10627.8W/m 2J 2=E b2+Φ1,2?R 2=3544+682?5.3=7185.6 W/m 2J 3=(J 1+J 2)/2=8893.2 W/m 2J 3=G 3=E b3=σb T 341/41/45.6710b E T σ-=== ?2. 值解法图9-13 例9-6(a )(b )附图及其辐射换热⽹络∑==ni i j i i j j A X J G A 1,j j εα=∑=-+=ni i j i i j j j j j j A X J A E A J 1,b )1(εε(9-12)∑∑===ni i j i j ni i ji i X J A A XJ 1,1,b ,1(1)nj j j j i j i i J E J X εε==+-∑(9-13)4b 1,11j j j j jni i j i T J X J σεεε-=--∑= (9-14)4111,121,231,31,b 1114212,122,232,32,b 2221,12,231()()111()()11n n n n n n n J X J X J X J X T J X J X J X J X T J X J X J X εσεεεσεε-++++=--+-+++=--?++4,3,b 1()()11n n n n n n n J X T εσεε?++-=?--? (9-15)ii i i i i A J E Φεε--=1b i =1,2,…n (9-16)【例9-6】1,11,21,31,400.150.540.31X X X X ====、、、;2,12,22,32,40.2500.500.25X X X X ====、、、;3,13,23,33,40.270.140.320.27X X X X ====、、、;4,14,24,34,40.310.150.540X X X X ====、、、;4432198.267.5931.054.015.010??=---J J J J 4432183.267.5425.05.0525.0??=--+-J J J J4432186.267.5427.068.414.027.0??=-+--J J J J 4432184.267.55.15.254.015.031.0??=+---J J J JJ 1=440.45 W/m 2; J 2=370.28W/m 2; J 3=382.69W/m 2 ; J 4=380.80W/m 2。
第九章 辐射换热计算重点:角系数的特点、性质及其计算,表面热阻、空间热阻及有效辐射的概念,两个及多个漫灰表面辐射换热的计算方法,辐射换热的强化与削弱,气体辐射的特点。
影响辐射换热的因素有:表面温度、表面的几何特性(大小、形状)、表面的相对位置,表面的辐射性质。
本章只对黑体表面和漫灰表面作分析。
第一节 黑表面间的辐射换热1-1 任意位置两非凹黑表面间的辐射换热 一、两黑表面间的辐射换热设有两个任意放置的非凹黑体表面,面积分别为1A 、2A ,温度分别为1T 、2T 。
从表面上分别取微元面积1dA 、2dA ,两者的距离为r ,两表面的法线与连线r 间的夹角分别为:1θ,2θ。
微面积1dA 投射到微元面积2dA 的辐射能为:111cos 121ωθd dA I b dA dA ⋅⋅⋅=Φ-黑体服从兰贝特定律:11b b I E ⋅=π ⇒ 21221c o sc o s 121dA dA rE b dA dA ⋅⋅⋅⋅=Φ-πθθ 2221cos rdA d θω=同理,从微面积2dA 投射到微元面积1dA 的辐射能为:21221cos cos 212dA dA r E b dA dA ⋅⋅⋅⋅=Φ-πθθ微面积1dA 和2dA 之间的辐射换热量为:21221cos cos 2121dA dA rE E b b dA dA ⋅⋅⋅⋅-=Φπθθ)(、 黑体表面1A 和2A 之间的辐射换热量为:⎰⎰⎰⎰⋅⋅⋅⋅-=Φ=Φ122112212122121cos cos A A b b A A dA dA dA dA r E E πθθ)(、、二、角系数(angle factor or view factor )角系数:表示一表面发出的辐射能中直接落到另一表面上的百分数。
21、X —称为1A 对2A 的角系数,表示1A 辐射的能量落到2A 上的百分数。
12、X —称为2A 对1A 的角系数角系数中的第一个角码指发射体,第二个角码指受射体。