|
重点内容：
辐射表面热阻及漫-灰表面间的辐射传热计算分析方法。
这里将分析漫灰表面间的辐射换热，并引出有效辐射及表面热阻，并讨论如何应用封闭空腔网络法进行漫-灰表面间辐射换热的分析计算。
一、有效辐射及有效投射
(漫-)灰体表面间的辐射换热比较复杂，如图，无论是表面辐射出去还是投射到表面的能量均包括自身辐射和其他表面辐射的能量。
为处理问题方便，定义：
有效辐射：离开某表面单位面积上的辐射能量，J，W/m2。
有效投射：到达某表面单位面积上的辐射能量，G，W/m2。
有效辐射把表面的自身发射和对外来投射的反射合并起来考虑。
二、表面热阻
1、净辐射换热量
如图所示。
表面有效辐射为： 
则该表面净辐射换热量为： 
2表面热阻
对于漫-灰表面，α=ε。合并上述两式，有：
 即为表面热阻。它只与物体表面辐射和吸收特性有关。图为辐射换热热阻网络图。
三、网络法分析漫灰表面间的辐射换热
1、两个表面间的辐射换热
 
两个漫-灰表面组成封闭空腔，其辐射换热热阻网络如图所示。
换热量：
⑴两无限大平壁
特点： ， ，换热量：
⑵空腔与内包壁
特点：
换热量： ，
当 时，
2、两个以上表面间的辐射换热
以三个漫-灰表面组成封闭空腔为例，其辐射换热热阻网络如图所示。
⑴表面的净换热量： 
⑵表面间的换热量： ，
⑶有效辐射的确定
应用电学的基尔霍夫定律—流入每个结点的电流(即热流)总和为零，联立求解。
 ；
四、辐射换热的控制措施
1、增强或削弱辐射换热的基本途径
减少或提高辐射换热的空间热阻和表面热阻。如采用高反射率（既低吸收率，也就是低辐射率）的表面，可大幅度提高表面热阻。如加遮热板，可大幅度提高空间热阻。
2、遮热板
如图所示。 
未加遮热板时： 
在板间加入遮热板后：
此时平板1、2间的辐射换热量为：
可以看出，当加入n块与壁面发射率相同的遮热板，则换热量将减少到原来的 。即遮热板层数越多，遮热效果越好。
3、辐射率的确定和控制
影响物体表面辐射率的因素包括：物质种类、表面温度、表面状况等。
常见数据范围如下：
⑴常温下：ε非导电体≈1(如白大理石ε=0.95)；ε导电体较小(如镀锌铁皮ε=0.23)。大部分非导电体的辐射率一般在0.85-0.95之间，而且与表面状况关系不大；导电体的辐射率常随温度的升高而增大，并且受到表面状况的强烈影响。如：无光泽的黄铜ε=0.22，磨光后的黄铜ε=0.05。
⑵ε随温度的升高而增大。
如严重氧化后的铝表面：ε50℃=0.2ε500℃=0.3
五、基本要求及例题
从基本概念方面主要是深刻理解表面热阻的概念和性质、漫-灰表面辐射换热规律，从定量计算方面主要是利用封闭空腔网络法计算漫-灰表面间辐射换热量。
例题1、为了测量管道中的气流温度，在管道中设置温度计。试分析由于温度计头部和管壁之间的辐射换热而引起的测温误差，并提出减少测温误差的措施。
答；如图所示。
建立热电偶头部能量平衡式： 。
可以看出，因温度计头部和管壁之间的辐射换热造成的测温误差为 ，它与 有关，要减少测温误差，可以提高 ，减小 ，最有效的措施是提高 和添加遮热罩。
例题2、两块平行放置的平板的表面发射率均为0.8，温度分别为t1＝527℃及t2＝27℃，板间距远小于板的宽度与高度。试计算：(1)板1的本身辐射；(2)对板1的投入辐射；(3)板1的反射辐射；(4)板1的有效辐射；(5)板2的有效辐射；(6)板1、2间的辐射换热量。
解：由于两板间距极小，可视为两无限大平壁间的辐射换热，辐射换热热阻网络如图所示。
根据 ， 得：
⑴板1的本身辐射
⑵对板1的投入辐射即为板2的有效辐射，
⑶板1的反射辐射
⑷板1的有效辐射
⑸板2的有效辐射
⑹板1、2间的辐射换热量
例题3、有一3m×4m的矩形房间，高2.5m，地表面温度为27℃，顶表面温度为12℃。房间四周的墙壁均是绝热的，所有表面的发射率均为0.8，试用网络法计算地板和顶棚的净辐射换热且和诸表面的温度。
 
解：可认为是三个表面间的辐射换热。辐射换热热阻网络如图所示。。
确定各项热阻：
表面热阻1、2为
由 查教材P233图9-18， ，
由角系数的完整性 ，得 ，同理，
空间热阻3为
空间热阻4、5为
根据辐射换热热阻网络计算地板和顶棚的净辐射换热量为：
由辐射热阻网络的对称性可知：
 ℃
返回到上一层
|
