传热学：第4章 辐射换热

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1、工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热1Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热华中农业大学工学院华中农业大学工学院Charpter 4 Charpter 4 Radiation Heat Transfer工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热2主要内容主要内容4.1 4.1 热辐射的基本概念热辐射的基本概念 4.2 4.2 热辐射的基本定律热辐射的基本定律

2、4.3 4.3 实际物体的辐射实际物体的辐射4.4 4.4 黑体间的辐射换热及角系数黑体间的辐射换热及角系数 4.5 4.5 灰体间的辐射换热灰体间的辐射换热4.6 4.6 本章小结本章小结工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热3基本要求基本要求掌握黑体辐射的基本定率，如普朗克定律、维恩移位定律、斯忒藩-波尔兹曼定律、基尔霍夫定律；掌握角系数的定义、性质及其计算方法；能利用有效辐射概念及辐射网络对两漫灰表面及3个漫灰表面所组成的封闭腔系进行辐射换热计算；了解辐射换热的强化与削弱方法。工

3、程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热44.1.1 热辐射的本质 辐射：物体以电磁波方式向外传递能量的过程。热辐射：由于温度的原因而产生的电磁波辐射。特征：（1）不需物体间直接接触(在真空中，无需媒介)；（2）有能量形式的转变；（3）与温度和波长有关；（4）任何物体，只要温度大于0K，就有热辐射。4.1 热辐射的基本概念热辐射的基本概念工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热5 式

4、中：c光速，3x108 m/s v 频率，s-1 波长，m由于热辐射也属于一种辐射现象，从而也遵循：c工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热6不同波长范围的应用不同波长范围的应用工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热7 从理论上讲，热辐射的波长范围可在0之间，但在工业范围内，一般温度不超过2000K，在这一温度范围内，热辐射的波长在0.1100m之间；可见光波长范围为0.380

5、.76m，所占比重不大。按照不同的波长范围，电磁波可分为许多区段，每个区段有相应的名称。热辐射线组成：部分紫外线、可见光以及红外线。从上图中可以看出，热辐射线分布中，红外线占优。但反过来说，在某一具体热辐射中，红外线不一定也是占优的（看温度大小）。工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热8 当热辐射的能量投射到物体表面时，和可见光一样，也发生吸收，反射和穿透现象。根据能量守恒有：11QQQQQQQQQQ4.1.2 辐射能的吸收、反射和透射为吸收比；为反射比；为透射比。工程热力学和传热学工

6、程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热9吸收比；反射比；透射比。0 、0 T 0 物体就有辐射力；T，Eb，若T2=3T1，则Eb2=81Eb1 在温度较高时，必须考虑热辐射的影响(对气体)。4.2.2 热辐射的基本定律40bbbEEdT，黑体的辐射力：424()5.67/()100bbbTECCWmK为计算方便，b b=5.67x10-8 斯蒂芬波尔兹曼常数，W/(m2K4)。工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章

7、章 辐射换热辐射换热17 有了黑体模型以后，许多科学家对黑体的单色辐射力与波长二者的关系进行了研究。普朗克首先试图通过热力学的理论来揭示内在关系，取得了一些进展，但不能圆满回答一些问题，后来根据电磁波的量子理论，得到了著名的普朗克定律。（同时也创立了量子学说理论）4.2.2.2 普朗克定律工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热182521/()/1bcTcEW me，普朗克定律表明在不同温度下黑体单色辐射力按波长分布的规律，或者说给出了黑体单色辐射力 Eb，随波长和温度而变化的函数关系

8、，即：c1=3.742x10-16 Wm2，为第一辐射常数c2=1.439x10-2 mK，为第二辐射常数T黑体的绝对温度，K工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热19从图中可以得出以下结论：（1）黑体的辐射波谱是随波长连续地变化的（光滑曲线）；（2）对任何波长，T，Eb,；（3）对于某一温度而言，辐射力有最大值，且T增加时，最大值向左移动；（4）辐射能和温度有关。当温度较低时，可见光所占分额很少（60，下降。设n n为法向黑度，对于导体，/n n在1.01.3之间；对于非导体，/n

9、n在0.951.0之间。黑度平均值偏离法向黑度值不大。工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热274.3.1.5 影响黑度的因素 =f(种类，表面温度，表面状况)=f(本身性)(1)种类不同，黑度不同：白大理石，=0.95；镀锌铁皮，=0.23。(2)温度不同，不同：金属TT，(形成氧化膜)；非金属T T，(暗黑表面、白亮表面）。(3)表面状况不一样，不一样：磨光表面，低；粗糙表面，高。有氧化与无氧化不一样：一般氧化的金属黑度大于无氧化的金属黑度。工程热力学和传热学工程热力学和传热学En

10、gineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热28黑度小结：(1)金属表面的发射率一般较小(很小)；(2)有氧化层可大大增大金属表面的发射率；铝：轻微氧化时=0.1；严重氧化时=0.5；(3)非导体的发射率较大，一般0.6；(4)金属：T，(形成氧化无薄层)；非金属：或(可增可减)。工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热294.3.1.6 吸收比 定义：物体对投射辐射能吸收的百分比。=f(物体种类，表面温度，表面状况，投入辐

11、射的特性)单色吸收率：物体对某一特定波长的投射辐射能所吸收的百分比。波长不一样，单色吸收比不一样，波长的能量分布取决于发出透射辐射表面的性质和温度，因此任何一个确定的表面总吸收比要依投入辐射的波长而改变，而具有不同的值。工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热304.3.1.7 灰体 因单色吸收比对不同波长辐射的选择性，从而吸收率与投入辐射有关。如果=C，即单色吸收比与波长无关，从而=C。定义：单色吸收比与波长无关的物体称灰体灰体。=C 灰体和黑体一样，也是一种理想物体,但在工业中遇到的

12、热辐射，波长主要在0.7610微米之间，在此范围内，把实际物体看作灰体误差不大，也可看作是漫射表面。工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热314.3.2 基尔霍夫定律（克希荷夫定律）两个平行放置无限大平板，两板相距很近，板1为黑体，其辐射力为Eb，吸收率为b=1，温度为T1；板2为实际物体，温度为T2，吸收率为。求板2的能量收支差额。1212bEEEE板2：q=Eb-E板1：q=E+（1-）Eb-Eb=E-Eb若T1=T2(处于热平衡)，q=0；从而有 E/=Eb（基尔霍夫数学表达式）

13、EbET1T2工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热32文字表达式：任何物体的辐射力和吸收比之比值恒等于同温度下黑体的辐射力Eb，且只与温度有关（只在热平衡条件下成立）。推论：（1）善于辐射的物体必善于吸收；（2）因1，所以EEb。即在同一温度下，黑体的辐射力最大；（3）由=E/Eb可知=，=(热平衡)灰体：（1）=常数；（2）(不考虑热平衡过程，只取决于本身性质)。工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第

14、4 4章章 辐射换热辐射换热33黑体、灰体和实际物体的单色辐射力比较工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热34黑体、灰体和实际物体的吸收率比较工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热354.4.1 角系数 考察两个任意放置的黑体表面，两个表面面积分别为A1和A2，温度为T1和T2（恒温），表面之间的介质对热辐射是透明的。从表面1辐射出去的能量只有一部分可以达到表面2，同理，从表面

15、2辐射出去的能量也只有一部分可以达到表面1。4.4 黑体间的辐射换热及角系数黑体间的辐射换热及角系数2-11-2T1 A1T2 A2工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热361 211 212 122 12 bbA XEA XE121 22 111 2122 12bbA XEA XE 定义：表面1发出的辐射能直接落到表面2上的百分数，称表面1对表面2的平均角系数，记为X1-2，同理有X2-1。1 21 22 12 11 22 1111222bbXXE AE A即故辐射换热量为：可知，由

16、于黑体表面的温度和面积均为已知，故求黑体表面之间的辐射换热问题就归结为求角系数的问题。工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热37 对于任意两个黑体，如处于热平衡条件，即T1=T2，那么 Eb1=Eb2，辐射换热量12=0，即11 222 1A XA X 说明：虽然角系数的互换性关系是在热平衡条件下推出的，但角系数为几何因子，其值取决于物体的几何特性（形状、尺寸及物体的相对位置等），而与物体的种类、表面性质和温度无关，所以在非热平衡条件非热平衡条件下也是适用的。4.4.2 角系数的互换性

17、（相对性）和完整性此即两表面在辐射换热时角系数的互换性。工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热38 对于n个表面组成的封闭空间，因为一个表面向其他各表面发射能量的总和，等于其向外辐射的总能量，故121niiii nijj 121iii nXXX角系数之和为：即表面i对其他所有表面的角系数之和等于1，此即封闭空间表面角系数之和的完整性。工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热394

18、.4.3 角系数性质小结01ijX，1）有界性 iijjjiAXA X，2）互换性1211niiinijjXXXX，3）完整性1 21 21niiXX4）可加性工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热404.4.4 角系数的求法 代数法：利用角系数的互换性、完整性及可加性，通过求解代数方程的形式而获得角系数的方法。4.4.4.1 平板或凸面的角系数的确定1 10X平板或凸面的角系数为：121niiX或：工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamic

19、s&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热414.4.4.2 大平板角系数的确定 对于两块大平板，每一表面的辐射能可以认为全部都落到另一表面上。按角系数的定义：1 22 11XX工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热424.4.4.3 凸面(或平面)被另一表面所包封闭系统的角系数确定表面1发出的辐射能全部投到表面2上，则X1-2=1。根据角系数的互换性：112 11 222AAXXAA11 222 1A XA X工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineeri

20、ng Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热43 三个表面面积分别为A1、A2、A3的凸面组成一个的封闭系统，该系统在垂直于平面方向足够长，从两端开口逸出去的辐射能可以忽略不计。根据角系数的完整性有：1 21 32 12 33 13 2111XXXXXX4.4.4.4 三个凸面(或平面)组成封闭系统的角系数确定或：11 211 3122 122 3233 133 23()()()A XA XAaA XA XAbA XA XAc工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第

21、4 4章章 辐射换热辐射换热44由上述(a)(f)六个一元方程组可得6个角系数为：又根据角系数的互换性有：11 222 111 333 122 333 2()()()A XA XdA XA XeA XA Xf1231232132131 22 111221321323123121 33 111332312313213212 33 22233222222222222AAALLLAAALLLXXALALAAALLLAAALLLXXALALAAALLLAAALLLXXALALL1、L2、L3分别为垂直于纸面方向上横截面的边长。工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermody

22、namics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热454.4.4.5 查图法 为了计算方便起见，常将几何形状物体在某些相对位置时的角系数绘制成线算图。两个平行长方形表面之间的角系数两个具有公共边且互相垂直的矩形表面之间的角系数工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热46例题例题1 1 求下列封闭体中的角系数。求下列封闭体中的角系数。11 222 1A XA X-垂直于纸面方向无限长解：根据角系数的互换性：21 22 11AXXA-得：211X-又：1 224X133

23、24RR-所以：工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热47解：半球体中存在的角系数：X1-1、X1-2、X1-3、X2-1、X2-2、X2-3、X3-1、X3-2、X3-3。例题例题2 2 求出半球体中各表面间的角系数。求出半球体中各表面间的角系数。33 111 31A XA XA由角系数互换性：232314AXA3 33 13 2112XXX 其中：X1-1=X1-2=X2-1=X2-2=0 X1-3=X2-3=1由得213 123/2124ARXAR故工程热力学和传热学工程热力学和

24、传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热48解：连接ac、bd构造假想面Aac、Abd，使开口系统变成一封闭系统。1(1)ab cdab acab bdXXX 例题例题3 3 设有互不相邻的非内凹表面设有互不相邻的非内凹表面ab和和cd，求，求X1-2。连接ad、bc构造假想面Aad、Abc。A1、Aac、Abc和A1，Aad，Abd分别构成封闭系统。工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热49111111(2

25、)2(3)2acbcacbdadbdAAAXAAAAXA根据三个凸面组成封闭系统的角系数确定方法，可得：结合(1)、(2)、(3)式建立代数方程，求解可得：1 211()()()()22adbcacbdadbcacbdAAAAllllXAl工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热50例题例题4 4 相互垂直的平表面相互垂直的平表面1和平表面和平表面2的几何位置和尺度的几何位置和尺度如图所示，试求角系数如图所示，试求角系数X1-2。解：令A3=A1+Aa A4=A2+Ab 根据角系数的可加

26、性得：AaXa-4=AaXa-b+AaXa-2 A3X3-b=AaXa-b+A1X1-bA3X3-4=(AaXa-b+AaXa-2)+(A1X1-b+A1X1-2)联立三式，消除Xa-2，X1-b，可得：1 233 443311()aa baabXA XA XA XA XA工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热51查线算图可知：X3-4=0.19，Xa-b=0.19，Xa-4=0.32，X3-b=0.08 又因A1=30m2、A2=50m2、Aa=20m2，带入上式得：1 21(50

27、0.1920 0.1920 0.3250 0.08)300.097X利用角系数的可加性及线算图，可简化计算过程。工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热52123例题例题5 5 如下图所示表面可用图解法求解角系数。如下图所示表面可用图解法求解角系数。思路：X1-（2+3）=X1-2+X1-3，而X1-（2+3）、X1-2可以求得；从而X1-3可以求出，再根据角系数的互换性：由A1X1-3=A3X3-1 可求 X3-1。例题例题6 6 分解法求如右图所示图形的解角系数分解法求如右图所示图形

28、的解角系数X3-1。工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热53 如右图。由于灰体表面存在着多次的反射和吸收现象，计算起来比黑体复杂的多，为了计算方便起见，我们引进了二个概念。4.5 灰体间的辐射换热灰体间的辐射换热4.5.1 灰体表面间的辐射换热工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热544.5.1.1 有效辐射和投射辐射的概念有效辐射有效辐射：单位时间内离开灰体表面单位面积的总

29、辐射能，符号J，W/m2。投射辐射投射辐射：单位时间内投射到灰体表面的单位面积上的辐射能，符号G，W/m2。根据定义应有：GEGEGEJbb)1(而对于灰体有：J与的关系EGGG(1)(1)bbJEGEG工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热554.5.1.2 灰体表面与外界的辐射换热计算设灰体1与外界的辐射换热量为1，则：表面热阻网络图1bE1J11 11AGJ1111()()A JGa 11111111111bbJEJEG把11111111(1)(1)bbJEGEG又带入(a)式，

30、得1111111bEJA 111111bEJq或工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热561111111bEJA 111111bEJq或 根据热电现象的类似性，可以把上式与电学中的欧姆定律相对比：对于1111A称为表面辐射热阻表面辐射热阻。表面辐射热阻是因表面不是黑体而形成的热阻。1111A表面热阻网络单元工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热57两灰体之间的辐射换热量：121

31、21211 222 111JJJJA XA XJ1J2A1 T1 1 1A2 T2 2 2121 22 1111 2222 1J A XJ A X 由角系数的互换性：11 222 1A XA X所以：121 22 111 21222 112()()A XJJA XJJ 4.5.1.3 两灰体之间的辐射换热计算或工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热58 根据热电现象的类似性，可以把上式与电学中的欧姆定律相对比：对于空间辐射热阻只取决于物体间的几何关系。空间热阻网络单元12121211

32、222 111JJJJA XA X22 11A X称为空间辐射热阻空间辐射热阻。11 21A X或11 21A X11 21A X如果两个表面都是黑体，J1=Eb1，J2=Eb2。工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热59 辐射网络法是根据热电现象的类似性，把辐射换热模拟成相应电路，借助于电路理论分析求解辐射换热问题的方法。空腔法：求解物体间的辐射换热时，将物体表面间组成一个封闭的空腔，即使表面间有开口，也可用一假想面加以封闭。4.5.2 辐射网络法求解物体间的辐射换热工程热力学和传热

33、学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热60 辐射网络图由两个表面热阻网络单元和一个空间热阻网络单元串联而成。两表面间的辐射换热量为：构成封闭系统的两个灰表面间的辐射网络图如下：1111A11 21A X2221A4412121212121111 2221111 222()111111bbbEETTAA XAAA XA工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热61构成封闭系统的两表面间的辐射换热量为

34、：4412121212()()111111bbbA EEATT 4.5.3 辐射网络法求解物体间辐射换热的几个特例4.5.3.1 两平行放置的无限大平板由于 A1=A2=A，X1-2=X2-1=1工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热624.5.3.2 两物体均为黑体由于 1 1=2 2=1构成封闭系统的两表面间的辐射换热量为：4412121211 211 244121222 122 1()11()11bbbbbbEETTA XA XEETTA XA X工程热力学和传热学工程热力学和传

35、热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热63 如果小物体被大物体所包围，即A1A2（例如在一个大房间内安置一个不大的热源）44112112121122122()()1111()(1)bbbA EEATTAAAA 4.5.3.3 空腔与内包壁面间的辐射换热此时 X1-2=1，则如果 A1A2，即120AA441 1121112()()bbbAEEATT 工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热64对于二无限大平板，

36、物体之间的辐射换热量有：1212121 111 222111bbEEAA XA欲使 12 12 降低：1、改变表面的温度或黑度；2、加遮热板。4.5.4 遮热板的效用工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热65 遮热板一般采用薄金属板。一是因为金属的导热系数较大，从而整个薄板上温度一致；二是金属表面的黑度较小，可更有效地降低换热量。加遮热板后，对整个系统不起加上或移出热量的作用，而仅仅是在热流途增加热阻以减少换热量。插入遮热板后，应有：123133212 工程热力学和传热学工程热力学和传

37、热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热66121213321 111 3333333 222111111bbEEAA XAAA XA3232323333 222111bbEEAA XA1313131 111 333111bbEEAA XA133212 由于工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热67 与没有放入遮热板前比较，放入后增加了三个热阻，2个表面辐射热阻，1个空间辐射热阻，使得12 12。若123有12

38、1212若插入n块黑度均相同的金属板，则有：121211n 实际上，若选用反射率高的材料，即3远小于1的话，遮热效果更为显著。工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热681111A11 31A X3331A3331A33 21A X2221A有遮热板时的辐射换热网络图为：问题：如果33320.5，（1）为使两板之间的辐射换热最大地减少，遮热屏应如何放置，即是把3 3 朝T1 还是3 3 朝T1？（2）哪一种做法使T1更高？工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering The

39、rmodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热69（1）若3 3 朝T1 ：61iiRR若3 3朝T1：61iiRR 由于总热阻不变，因而哪一种方法都一样，即把遮热板放在T1附近还是T2附近都一样(跟距离无关)。1331 111()bbEEfAA 33333311 2()()2forf（2）工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热703311 111()bbfEEAAEb1恒定，恒定，从而 f(3 3)增加，Eb3下降。33331221 从而有把黑度较

40、大的面朝面板1时，Eb3最大，即T3最高。工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热71例例1 1 有一环空管道，内管直径为有一环空管道，内管直径为d1=0.1m，温度为，温度为t1=480，黑度为黑度为=0.8；外管直径；外管直径d2=0.3m，温度为，温度为t2=200，黑度为，黑度为=0.6，环空中为不透明体，为使二管这间的热损失减少一，环空中为不透明体，为使二管这间的热损失减少一半，需加一遮热屏，此遮热屏的直径为半，需加一遮热屏，此遮热屏的直径为0.15m。求：（求：（1 1）该遮

41、热屏的黑度）该遮热屏的黑度(二侧的黑度相同二侧的黑度相同)；（2 2）遮热屏的温度。）遮热屏的温度。例题例题1 1工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热72解：（1）插入遮热板后网络图为：依题意，未加遮热板前：1212121 111 222111bbEEAA XA1111A11 31A X3331A3331A33 21A X2221A工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热731

42、32121 111 33333 22211 21 122122331 23 212311122333111111112()2 111112(1)10.20.410.101 0.80.3 0.60.1AA XAA XAA XAAAd lAdlAdlXXd ld ld ld ld l332(1)50.1512121321 111 33333 222111112bbEEAA XAA XA加遮热板后：依题意有：12122工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热74333332(1)102.52.

43、226.670.158.05 0.15220.621213121311 21 1221 111 33312131121112132111111210.20.40.211 0.620.8060.80.15 0.6216.5916.5929.4429.44bbbbbbbbbbbbEEEEA XAAAA XAEEEEdddddEEEE（2）求遮热板的温度依题意插入遮热板前后：12122 故工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热75844434443335.67 1016.59 47312.8

44、5 67329.4416.59 4.7312.85 6.73()1177.510029.44585.8 267.1 CbbETETTKt注意：温度必须使用绝对温度。工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热76例例2 2 已知直经为已知直经为0.15m,长为长为9m的白铁皮管水平放置于一的白铁皮管水平放置于一房间内，管道的外壁温度为房间内，管道的外壁温度为100，室内的温度为，室内的温度为20，求换热系数。白铁皮的黑度为求换热系数。白铁皮的黑度为0.3，可以看作是灰体。，可以看作是灰体。例

45、题例题2 2解：此换热系数由两部分组成：1）辐射热系数；2）自然换热对流系数。12111 2211111(1)()XbbrWfEEhATTA（1）工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热774425.67 3.732.932.54/1(10020)0.3rhW m或：管道的面积与房子相比，可以看成是小物体被无限大物体所包围，因此求解辐射换热量可采用以下公式：1112()rbbA EE 11()rrfAhTT令：111211()()bbrfAEEAhTT得：1121()2.54bbrfEE

46、hTT故：工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热7863233326279(10020)60 18.90 103 100.0792.85 103 109.81 80 0.150.709(18.9 10)1.577 1010 ()1 0.59 4mrrrnurrtPg tLGPNCGpCn 查，而得为层流对流换热（2）hc=?工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热79174124

47、2220.59(1.577 10)0.59 10(0.1577)37.182.85 1037.180.157.06/(C)2.547.069.6/(C)uuucrcNh LNNhLhWmhhhWm可见辐射换热占1/4强，在计算时不能忽略。工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热80例题例题3 3工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热81工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engi

48、neering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热82工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热83例题例题4 4工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热84工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热85例题例题5 5工程热力

49、学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热86续续工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热87工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热88工程热力学和传热学工程热力学和传热学Engineering Thermodynamics&Heat Transfer第第4 4章章 辐射换热辐射换热894.5 本章小结本章小结1、热辐射的基本概念、本质、特点；2、黑体的定义，黑体辐射的基本定律；3、实际物体的发射与吸收、灰体的概念、基尔霍 夫定律；4、角系数的定义、性质及计算方法；5、灰体表面有效辐射、投入辐射、表面辐射热阻、空间辐射热阻的概念；6、灰体表面间辐射热阻的计算；7、辐射网络法求解物体间的辐射换热。