1、传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 1Saturday,November 26,2022第第9 9章章 辐射传热的计算辐射传热的计算9.1 9.1 辐射传热的角系数辐射传热的角系数9.1.1 9.1.1 角系数的定义及计算假定角系数的定义及计算假定两表面间的辐射传热与相对位置有关。两表面间的辐射传热与相对位置有关。两种极限情形：两种极限情形：定义，定义，角系数角系数 ：即表面即表面 1 发出发出的辐射能中，的辐射能中，落到落到表面表面 2 上的百分比。上的百分比。2,1X122,1EEX 传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 2Saturday,November 26,2022简化讨论，假设：简化讨论，
2、假设：表面为漫射表面（各方向均匀辐射）；表面为漫射表面（各方向均匀辐射）；表面上各点均匀辐射（表面上各点均匀辐射（）。）。常量常量 q因此：因此：角系数是几何因子，与表面温度、发射率无关。角系数是几何因子，与表面温度、发射率无关。后面的讨论，都假设为黑体，也适用于漫灰表面。后面的讨论，都假设为黑体，也适用于漫灰表面。传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 3Saturday,November 26,20221 2 9.1.2 9.1.2 角系数的性质角系数的性质1.1.角系数的相对性角系数的相对性（1 1）两个微元表面两个微元表面 和和 （黑体）（黑体）1dA1dA 对应的立体角：对应的立体角：2dA
3、22221cosdddrArAc 方向可见辐射面积：方向可见辐射面积：2dA11cosd A发发出出的的辐辐射射能能上上的的辐辐射射能能落落到到122,1ddAAXdd 传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 4Saturday,November 26,20221 2 1111112,1ddcosdAEAIXbbdd 2212coscosdrA 11bbIE 同理：同理：22111,2coscosdrAXdd 1,222,11ddddddXAXA 传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 5Saturday,November 26,2022（2 2）两个有限表面两个有限表面 与与 （黑体）（黑体）1A2A换热量
4、：换热量：1,2222,1112,1XEAXEAbb 热平衡时：热平衡时：，02,1 2121bbEETT 1,222,11XAXA 传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 6Saturday,November 26,20222.2.角系数的完整性角系数的完整性1,12,11,1 nXXX对封闭系统：对封闭系统：11,1 niiX注意：注意：表面表面 1 1 为为凸表面凸表面 表面表面 1 1 为为凹表面凹表面01,1 X01,1 X传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 7Saturday,November 26,20223.3.角系数的可加性角系数的可加性（1 1）表面）表面 1 1 对表面对表面 2 2
5、 的辐射的辐射bbabbXEAXEAXEA2,1112,1112,111 baXXX2,12,12,1 niiXX12,12,1即：角系数的第二个角标，具有可加性。即：角系数的第二个角标，具有可加性。（2 2）表面）表面 2 2 对表面对表面 1 1 的辐射的辐射1,2221,2221,222bbbababXEAXEAXEA 221,2221,21,2AAXAAXXbbaa 传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 8Saturday,November 26,20221 2 9.1.3 9.1.3 角系数的计算方法角系数的计算方法1.1.直接积分法直接积分法两微元表面两微元表面 和和 ：1dA2dA22
6、212,1dcoscosrAXdd 222212,1dcoscosAdrAX 121222112,1ddcoscosAAArAAX 122122112,1ddcoscos1AArAAAX 传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 9Saturday,November 26,2022传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 10Saturday,November 26,2022传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 11Saturday,November 26,2022lrR22 1rl传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 12Saturday,November 26,20222.2.代数分析法代数分析法（1 1）三个凸表面，垂
7、直方向无限延伸）三个凸表面，垂直方向无限延伸封闭系统封闭系统完整性：完整性：13,12,1 XX13,21,2 XX12,31,3 XX相对性：相对性：1,222,11XAXA 1,333,11XAXA 2,333,22XAXA 解方程，可得解方程，可得 6 6 个角系数：个角系数：13212,12AAAAX 垂直方向长度相同：垂直方向长度相同：13212,12llllX （为辐射面长度）为辐射面长度）l传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 13Saturday,November 26,2022（2 2）两个不相交凸表面，垂直方向无限延伸）两个不相交凸表面，垂直方向无限延伸与侧面一起构成封闭系统与侧
8、面一起构成封闭系统bdabacabcdabXXX,1 完整性：完整性：abbcacabXacab2,封闭系统封闭系统 abcabc ：abadbdabXbdab2,封闭系统封闭系统 abdabd ：解得：解得：abbdacadbcXcdab2,的的断断面面长长度度表表面面不不交交叉叉线线之之和和交交叉叉线线之之和和12,12AX 传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 14Saturday,November 26,2022P404例题例题9-1 试确定如图所示的试确定如图所示的表面表面 1 对对表面表面 2 的角系数的角系数X1,2。解解：表面表面 2 2 对表面对表面 A Am5.1 X，m5.2
9、Y，m1 Z67.0 XZ，67.1 XY10.0,2 AX 表面表面 2 2 对表面（对表面（1+A1+A）m5.1 X，m5.2 Y，m2 Z33.1 XZ，67.1 XY15.0)1(,2 AX传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 15Saturday,November 26,2022 由可加性：由可加性：AAXXX,21,21,2 05.0,21,21,2 AAXXX由相对性：由相对性：125.0121,22,1 AAXX传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 16Saturday,November 26,20229.2 9.2 两表面封闭系统的辐射传热两表面封闭系统的辐射传热9.2.1 9.2.1
10、 封闭腔模型及两黑体表面组成的封闭腔封闭腔模型及两黑体表面组成的封闭腔注：两表面之间为真空或透热介质（如空气）注：两表面之间为真空或透热介质（如空气）1.1.封闭腔模型封闭腔模型一个表面的辐射传热涉及：一个表面的辐射传热涉及：表面发出的辐射能（自身表面）；表面发出的辐射能（自身表面）；投入到表面的辐射能（周围环境中的表面）。投入到表面的辐射能（周围环境中的表面）。封闭腔封闭腔：所研究的表面与周围环境中的各表面组成封闭系统。所研究的表面与周围环境中的各表面组成封闭系统。例如：两个无限接近的平行板。例如：两个无限接近的平行板。传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 17Saturday,November
11、26,20222.2.两黑体表面封闭系统的辐射传热两黑体表面封闭系统的辐射传热垂直方向无限延伸垂直方向无限延伸二维系统二维系统净辐射传热量：净辐射传热量：1,2222,1112,1XEAXEAbb 212,11bbEEXA 2,11212,11XAEEbb 两表面两表面势差势差空间辐射热阻空间辐射热阻传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 18Saturday,November 26,20229.2.2 9.2.2 有效辐射有效辐射1.1.有效辐射的定义有效辐射的定义投入辐射投入辐射 ：单位时间，投入到单位表面积上的总辐射能。：单位时间，投入到单位表面积上的总辐射能。G有效辐射有效辐射 ：单位时间，离
12、开表面单位表面积的总辐射能。：单位时间，离开表面单位表面积的总辐射能。J注意：两者都为总辐射能，包括自身辐射和反射。注意：两者都为总辐射能，包括自身辐射和反射。对辐射特性为常数的表面对辐射特性为常数的表面 1：11111GEb 1J1G11bE 11G 11G 1aabb1111GEJ 传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 19Saturday,November 26,20222.2.有效辐射与辐射传热量的关系有效辐射与辐射传热量的关系1J1G11bE 11G 11G 1aabb从外部：从外部：传热量传热量11GJq 从内部：从内部：传热量传热量1111GEqb 消去消去 ，并且，并且 ：1G11
13、AJEAqb 1表面表面势差势差表面辐射热阻表面辐射热阻注意：注意：同一表面，省去角标；同一表面，省去角标；放热为正值放热为正值 。0 q传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 20Saturday,November 26,20229.2.3 9.2.3 两个漫灰表面组成的封闭腔的辐射传热两个漫灰表面组成的封闭腔的辐射传热假定：漫灰表面，垂直方向无限延伸假定：漫灰表面，垂直方向无限延伸两表面之间的辐射传热量：两表面之间的辐射传热量：1,2222,1112,1XJAXJA 表面表面 1 和表面和表面 2 辐射：辐射：111112,11AJEb 222221,21AJEb ，封闭腔能量守恒：封闭腔能量守恒
14、：1,22,1 传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 21Saturday,November 26,2022解得：解得：2222,11111212,1111AXAAEEbb 表面势差表面势差各环节热阻各环节热阻改写：改写：212,112,1bbsEEXA 11111121,212,1 XXs注：注：系统发射率系统发射率，反映多次反射与吸收对传热的影响。，反映多次反射与吸收对传热的影响。s 传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 22Saturday,November 26,2022三种特殊情形：三种特殊情形：表面表面 1 1 为非凹表面：为非凹表面：12,1 X 11122112112,1 AAEEAbb
15、无限大平行平板：无限大平行平板：，11,22,1 XX 111212112,1 bbEEA121 AA传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 23Saturday,November 26,2022 表面表面 1 1 为非凹表面，并且为非凹表面，并且 ：12,1 X 21112,1bbEEA 021AA21AA ，注：测量黑度实验。注：测量黑度实验。传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 24Saturday,November 26,2022P408例题例题9-2 液氧储存容器为双壁镀银的夹层结构，外壁内表面液氧储存容器为双壁镀银的夹层结构，外壁内表面温度温度tw1=20oC，内壁外表面温度，内壁外表面温度tw
16、2=183oC，镀银壁的发射率，镀银壁的发射率=0.02。试计算由于辐射传热每单位面积容器壁的散热量。试计算由于辐射传热每单位面积容器壁的散热量。解解：无限大平行平板：无限大平行平板11121212,1 bbEEq11110010021420410 wwTCTC2mW18.4 传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 25Saturday,November 26,2022P409例题例题9-3 一根直径一根直径d=50mm、长度、长度l=8m的钢管，被置于横断面的钢管，被置于横断面为为0.2m0.2m的砖槽道内。若钢管温度和发射率分别为的砖槽道内。若钢管温度和发射率分别为t1=250oC、1 1=0.7
17、9，砖槽壁面温度和发射率分别为，砖槽壁面温度和发射率分别为t2=27oC、2 2=0.93，试计，试计算该钢管的辐射散热损失。算该钢管的辐射散热损失。解解：，可看成封闭系统，可看成封闭系统dl 钢管为非凹表面：钢管为非凹表面：12,1 X 11411000100111214241022112112,1 aldlTTdlCAAEEAbbW3710 传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 26Saturday,November 26,2022P410例题例题9-4 一直径一直径d=0.75m的圆筒形埋地式加热炉采用电加热方的圆筒形埋地式加热炉采用电加热方法加热，如图。在操作过程中需要将炉子顶盖移去一段时间
18、，设法加热，如图。在操作过程中需要将炉子顶盖移去一段时间，设此时筒身温度为此时筒身温度为500K，筒底为，筒底为650K。环境温度为。环境温度为300K。试计算顶。试计算顶盖移去期间单位时间内的热损失。设筒身及底部均可作为黑体。盖移去期间单位时间内的热损失。设筒身及底部均可作为黑体。解解：侧面和底面为黑体，：侧面和底面为黑体，开口辐射会被外界全部吸收，也为黑体，开口辐射会被外界全部吸收，也为黑体，三个表面组成黑体封闭系统。三个表面组成黑体封闭系统。侧面对开口的辐射：侧面对开口的辐射：323,223,2bbEEXA 底面对开口的辐射：底面对开口的辐射：313,113,1bbEEXA 传热学传热学
19、 黄龙主讲黄龙主讲 27Saturday,November 26,2022 313,11323,223,13,2bbbbEEXAEEXA 角系数计算：角系数计算：底面对开口：底面对开口：25.05.1375.02 lr4375.05.11 rl06.03,1 X底面对侧面：底面对侧面：94.013,12,1 XX118.0422,1212,11,2 dldXAAXX 118.01,23,2 XX侧面对开口：侧面对开口：W1542 传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 28Saturday,November 26,20229.3.1 9.3.1 两表面换热系统的辐射网络两表面换热系统的辐射网络1.1.
20、一个灰体表面一个灰体表面多表面系统多表面系统 ：封闭系统，一个表面与多个表面有辐射传热。：封闭系统，一个表面与多个表面有辐射传热。9.3 9.3 多表面系统的辐射传热多表面系统的辐射传热JGbE G G AJEb 1电势差电势差表面热阻表面热阻式中，式中，源电势源电势；节点电势节点电势。bEJ仿照电学，等效网络图：仿照电学，等效网络图：传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 29Saturday,November 26,20222.2.两个灰体表面两个灰体表面1,2222,1112,1XJAXJA 212,11JJXA 2,11212,11XAJJ 电势差电势差空间热阻空间热阻等效网络图：等效网络图：
21、传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 30Saturday,November 26,20223.3.两个灰体表面组成的封闭系统两个灰体表面组成的封闭系统2222,11111212,1111AXAAEEbb 等效网络图：等效网络图：传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 31Saturday,November 26,20229.3.2 9.3.2 多表面封闭系统网络法求解的实施步骤多表面封闭系统网络法求解的实施步骤（1 1）画出等效的网络图）画出等效的网络图每个表面：源电势每个表面：源电势 ，bEA 1两表面间：空间热阻两表面间：空间热阻 。2,111XA表面热阻表面热阻 ，J节点电势节点电势 ；注意：注意：
22、传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 32Saturday,November 26,2022（2 2）列出节点的电流方程）列出节点的电流方程 （基尔霍夫定律）（基尔霍夫定律）0111:3,11132,1112111111 XAJJXAJJAJEJb 0111:3,22232,1121222222 XAJJXAJJAJEJb 0111:3,22323,1131333333 XAJJXAJJAJEJb 传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 33Saturday,November 26,2022（3 3）解方程组，可得表面有效辐射）解方程组，可得表面有效辐射 、；1J2J3J（4 4）求出每个表面的净辐射传热量
23、）求出每个表面的净辐射传热量iiiibiiAJE 19.3.3 9.3.3 三表面封闭系统的两种特殊情形三表面封闭系统的两种特殊情形（1 1）一个表面为黑体）一个表面为黑体 ：13 01333 A 433TEJb 传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 34Saturday,November 26,2022（2 2）一个表面绝热）一个表面绝热 ：03 01333333 AJEb ，33bEJ （温度未知）（温度未知）重辐射面重辐射面：温度未知温度未知 。例如锅炉的耐火墙。例如锅炉的耐火墙。03 传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 35Saturday,November 26,2022三个表面的封闭系统，其
24、中有重辐射面：三个表面的封闭系统，其中有重辐射面：tbbREE212,1 eqtRAAR 22211111 3,223,112,11111111XAXAXAReq 传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 36Saturday,November 26,2022P415例题例题9-5 两块尺寸为两块尺寸为1m2m、间距为、间距为1m的平行平板置于室的平行平板置于室温温t3=27oC的大厂房内。平板背面不参与换热。已知两板的温度和的大厂房内。平板背面不参与换热。已知两板的温度和发射率分别为发射率分别为t1=827oC、t2=327oC和和1 1=0.2、2 2=0.5，试计算每块，试计算每块板的净辐射散热量
25、及厂房墙壁所得到的辐射热量。板的净辐射散热量及厂房墙壁所得到的辐射热量。解解：三个灰体表面组成封闭系统。：三个灰体表面组成封闭系统。1A2Am1m1m23A厂房面积厂房面积 较大：较大：，3A01333 A 33bEJ 传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 37Saturday,November 26,20221A2Am1m1m23A 角系数：角系数：285.01,22,1 XX715.012,13,23,1 XXX 热阻：热阻：2111m0.21 A ，2222m5.01 A 22,11m75.11 XA23,11m699.01 XA，23,22m699.01 XA传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲
26、38Saturday,November 26,2022 源点电势：源点电势：234101mW1001.83100 TCEb234202mW10348.7100 TCEb234303mW10459.0100 TCEb 电流方程：电流方程：33bEJ 1bE2bE0699.075.10.2131211 JEJJJEbb05.0699.075.1222321 JEJEJJbb21mkW33.18 J22mkW347.6 J传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 39Saturday,November 26,2022 辐射传热量：辐射传热量：kW34.321111111 AJEb kW822.11222222
27、 AJEb 699.0699.023133JEJEbb 33bEJ 1bE2bE kW16.3421 传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 40Saturday,November 26,2022P417例题例题9-6 假设例题假设例题9-5重大房间的墙壁为重辐射表面，在其他重大房间的墙壁为重辐射表面，在其他条件不变时，试计算温度较高表面的净辐射散热量。条件不变时，试计算温度较高表面的净辐射散热量。解解：厂房墙壁为绝热表面：厂房墙壁为绝热表面：，但，但 未知。未知。33bEJ 3T21111m21 AR 22222m5.01 AR 22,112,1m75.11 XAR23,113,1m699.01 X
28、AR，23,223,2m699.01 XAR1R2R传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 41Saturday,November 26,20221R2R并联部分等效热阻为：并联部分等效热阻为：3,23,12,1111RRRReq 2m78.0 eqR总热阻为：总热阻为：221m28.3 RRRReqt净辐射散热量为：净辐射散热量为：W10306.24212,1 tbbREE 传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 42Saturday,November 26,20229.4 9.4 气体辐射的特点及计算气体辐射的特点及计算透明气体：分子结构对称的双原子气体，空气、氢气等。透明气体：分子结构对称的双原子气体，
29、空气、氢气等。辐射气体：分子结构不对称的双原子气体、多原子气体，辐射气体：分子结构不对称的双原子气体、多原子气体，水蒸气、二氧化碳、二氧化硫、一氧化碳、臭氧、甲烷等。水蒸气、二氧化碳、二氧化硫、一氧化碳、臭氧、甲烷等。燃烧产物常含有水蒸汽、二氧化碳，重点介绍其辐射。燃烧产物常含有水蒸汽、二氧化碳，重点介绍其辐射。9.4.1 9.4.1 气体辐射的特点气体辐射的特点1.1.气体辐射对波长具有选择性气体辐射对波长具有选择性光带光带：气体辐射对波长具有强烈的选择性。：气体辐射对波长具有强烈的选择性。气体在某些波长区段具有较强的辐射和吸收能力，气体在某些波长区段具有较强的辐射和吸收能力，这些波长区段被
30、称为光带。光带以外，气体是透明体。这些波长区段被称为光带。光带以外，气体是透明体。传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 43Saturday,November 26,2022 臭氧：全部吸收波长小于臭氧：全部吸收波长小于 的紫外线；的紫外线；m3.0 COCO2 2：、m80.265.2m45.415.4m0.170.13 H H2 2O O：、m84.255.2m60.760.5m0.300.12传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 44Saturday,November 26,20222.2.气体的辐射和吸收是在整个容积中进行的气体的辐射和吸收是在整个容积中进行的投射到气体界面上的辐射能，在辐射行程中
31、被吸收减弱。投射到气体界面上的辐射能，在辐射行程中被吸收减弱。即气体的辐射和吸收是在整个容积中进行的，与形状和容积有关。即气体的辐射和吸收是在整个容积中进行的，与形状和容积有关。讨论气体的辐射和吸收时，必须说明气体所处容器的形状和大小。讨论气体的辐射和吸收时，必须说明气体所处容器的形状和大小。传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 45Saturday,November 26,20229.4.2 9.4.2 光谱辐射能在气层中的定向传播光谱辐射能在气层中的定向传播0,LxL,处，投入辐射的光谱辐射强度为处，投入辐射的光谱辐射强度为0 x0,I通过距离通过距离 后，光谱辐射强度变为后，光谱辐射强度变为x
32、I,x取微元气体层取微元气体层 ：xdxkIIxxdd,温度和压力为常数时，温度和压力为常数时，光谱减弱系数光谱减弱系数 不变：不变：k sIIxxxkIIs0,dd,0,skseII 0,贝尔定律贝尔定律传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 46Saturday,November 26,2022 为厚度为为厚度为 的气体层的单色穿透比的气体层的单色穿透比0,IIss s,skes ,对于气体，反射比对于气体，反射比 ：0 skess 1,1,注：气体层较厚时，注：气体层较厚时，。1,s 将基尔霍夫定律应用于光谱辐射：将基尔霍夫定律应用于光谱辐射：skess 1,注意：光谱减弱系数注意：光谱减弱系数
33、 取决于气体的种类、密度和波长。取决于气体的种类、密度和波长。k传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 47Saturday,November 26,20229.4.3 9.4.3 平均射线程长的计算平均射线程长的计算气体具有容积辐射的特点，即容积内每一点都发出辐射。气体具有容积辐射的特点，即容积内每一点都发出辐射。气体容积的形状和尺寸不同，射线行程的长度（射线程长）不同。气体容积的形状和尺寸不同，射线行程的长度（射线程长）不同。当量半球当量半球：在相同条件下，半球内气体对球心的辐射力，：在相同条件下，半球内气体对球心的辐射力，等于实际气体对指定区域的辐射力。等于实际气体对指定区域的辐射力。当量半球半
34、径当量半球半径：用当量半球的半径表示平均射线程长。：用当量半球的半径表示平均射线程长。传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 48Saturday,November 26,2022传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 49Saturday,November 26,20229.5 9.5 辐射传热的控制（强化和削弱）辐射传热的控制（强化和削弱）9.5.1 9.5.1 控制物体表面间辐射传热的方法控制物体表面间辐射传热的方法两个漫灰表面组成的封闭腔：两个漫灰表面组成的封闭腔：2222,111112121111AXAAEEbb ，辐射传热强化和削弱的方法：辐射传热强化和削弱的方法：改变辐射表面热阻；改变辐射表面热
35、阻；改变辐射空间热阻。改变辐射空间热阻。传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 50Saturday,November 26,20221.1.控制表面热阻控制表面热阻表面热阻：表面热阻：A 1 改变热阻最大项的表面发射率；改变热阻最大项的表面发射率；对太阳辐射，控制太阳辐射吸收比对太阳辐射，控制太阳辐射吸收比 与红外辐射发射率与红外辐射发射率 。s 例如太阳能利用中，在铜材上电镀黑镍镀层例如太阳能利用中，在铜材上电镀黑镍镀层选择性涂层选择性涂层。传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 51Saturday,November 26,20222.2.控制表面的空间热阻控制表面的空间热阻空间热阻：空间热阻：jiiX
36、A,1 调整物体的辐射角系数；调整物体的辐射角系数；消弱传热时，采用遮热板。消弱传热时，采用遮热板。例如夏天戴遮阳帽，打遮阳伞。例如夏天戴遮阳帽，打遮阳伞。（调整物体间的距离和方位）（调整物体间的距离和方位）传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 52Saturday,November 26,20229.5.2 9.5.2 遮阳板的原理及其应用遮阳板的原理及其应用遮阳板遮阳板：插入两个辐射传热表面之间用以削弱辐射传热的薄板。：插入两个辐射传热表面之间用以削弱辐射传热的薄板。例如：在两平行平板之间插入金属薄板，例如：在两平行平板之间插入金属薄板，假设平板无限大，都为灰体，假设平板无限大，都为灰体，321
37、此时，此时，13,1 X131 AA 31313,1111bbsbbEEEEq 23232,3111bbsbbEEEEq 传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 53Saturday,November 26,2022热平衡时：热平衡时：2,12,33,1qqq 将上页两式相加得：将上页两式相加得：212,121bbsEEq 因此：因此：加了遮热板，传热量减少了一半。加了遮热板，传热量减少了一半。实际应用中：实际应用中：遮热板常采用发射率较小的金属薄板；遮热板常采用发射率较小的金属薄板；更好地削弱换热，可采用多层遮热板。更好地削弱换热，可采用多层遮热板。传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 54Saturda
38、y,November 26,2022工程技术上的应用：工程技术上的应用：汽轮机上用于减少内、外套管间辐射传热；汽轮机上用于减少内、外套管间辐射传热；遮热板应用于储存液态气体的低温容器；遮热板应用于储存液态气体的低温容器；传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 55Saturday,November 26,2022 遮热板用于超级隔热油管；遮热板用于超级隔热油管；遮热板用于提高温度测量的精度。遮热板用于提高温度测量的精度。传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 56Saturday,November 26,2022复合传热复合传热：对流和辐射同时存在。：对流和辐射同时存在。常将辐射传热量折算成对流传热量。常将辐
39、射传热量折算成对流传热量。tAhrr 式中，式中，辐射传热系数辐射传热系数。rh复合传热表面传热系数复合传热表面传热系数 ：thtAhtAhtAhtrct rcthhh 传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 57Saturday,November 26,2022例题例题 用裸露热电偶测得炉膛烟气温度用裸露热电偶测得炉膛烟气温度t1=792oC。已知水冷壁壁面。已知水冷壁壁面温度温度tw=600oC，烟气对热电偶表面的对流传热表面传热系数，烟气对热电偶表面的对流传热表面传热系数h=58.2W/(m2K)，热电偶的表面发射率，热电偶的表面发射率1 1=0.3。试求炉膛烟气的。试求炉膛烟气的真实温度和测温
40、误差。真实温度和测温误差。解解：烟气与热电偶，对流传热烟气与热电偶，对流传热 1tthqfc 热电偶与水冷壁，辐射传热热电偶与水冷壁，辐射传热 211bbrEEq 热电偶表面积较小热电偶表面积较小021AA稳态时：稳态时：，rcqq 44111wfTTtth C2.998o ft，C2.206o1 tttf，%7.20 rE传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 58Saturday,November 26,2022例题例题 用单层遮热罩抽气式热电偶测炉膛烟气温度。已知水冷壁用单层遮热罩抽气式热电偶测炉膛烟气温度。已知水冷壁壁面温度壁面温度tw=600oC，热电偶和遮热罩的表面发射率都是，热电偶和遮热
41、罩的表面发射率都是0.3。由于。由于抽气的原因，烟气对热电偶和遮热罩的对流传热表面传热表面传抽气的原因，烟气对热电偶和遮热罩的对流传热表面传热表面传热系数增加到热系数增加到h=116W/(m2C)。当烟气的真实温度。当烟气的真实温度tf=1000oC时，时，热电偶的指示温度为多少？热电偶的指示温度为多少？解解：烟气与遮热罩，对流传热烟气与遮热罩，对流传热 332tthqf （遮热罩有两个传热面）（遮热罩有两个传热面）遮热罩与水冷壁，辐射传热遮热罩与水冷壁，辐射传热 44304100100wTTCq 传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 59Saturday,November 26,2022稳态时：稳
42、态时：43qq 迭代法解得：迭代法解得：C903o3 t 443031002731002732wfttCtth 烟气与热电偶，对流传热烟气与热电偶，对流传热 11tthqf 热电偶与遮热罩，辐射传热热电偶与遮热罩，辐射传热 434102100100TTCq 传热学传热学 黄龙主讲黄龙主讲 60Saturday,November 26,2022稳态时：稳态时：21qq 迭代法解得：迭代法解得：C2.951o1 t 434101100273100273ttCtthf 测温误差：测温误差：C8.48o1 tttf测温相对误差：测温相对误差：%88.4 rE进一步改进：采用多层遮热罩。进一步改进：采用多层遮热罩。
