他参与辐射的表面,相当于源热势。而重辐射面的温度则是浮动的,取决于参与辐射的其他表面。 3、要增强物体间的辐射换热,有人提出用发射率ε大的材料。而根据基尔霍夫定律,对漫灰表面ε=α,即发射率大的物体同时其吸收率也大。有人因此得出结论:用增大发射率ε的方法无法增强辐射换热。请判断这种说法的正确性,并说明理由。
答:在其他条件不变时,由物体的表面热阻而可以增强辐射换热。因此,上述说法不正确。
可知,当ε越大时,物体的表面辐射热阻越小,因
4、如图所示,两漫灰同心圆球壳之间插入一同心辐射遮热球壳,试问遮热球壳靠近外球壳还是靠近内球壳时,球壳1和球壳2表面之间的辐射散热量越大?
答:插入辐射遮热球壳后,该辐射换热系统的辐射网络图如图所示。
显然,图中热阻R1,R2,R5,R6在遮热球壳直径发生变化时保持不变,但R3=R4=的增加而减小。因此,遮热球壳靠近外球壳即半径越大时辐射散热量越大。
5、气体辐射有什么特点?
随遮热球壳半径
答:1)不同气体有着不同的辐射及吸收特性,即只有部分气体具有辐射及吸收能力;2)具有辐射及吸收性气体对波长具有选择性, 如CO2、H2O都各有三个光带─光谱不连续。3)辐射与吸收在整个容积中进行。
6、太阳能集热器吸热表面选用具有什么性质的材料为宜? 为什么?
答:太阳能集热器是用来吸收太阳辐射能的,因而其表面应能最大限度地吸收投射来的太阳辐射能,同时又保证得到的热量尽少地散失,即表面尽可能少的向外辐射能。但太阳辐射是高温辐射,辐射能量主要集中于短波光谱(如可见光),集热器本身是低温辐射,辐射能量主要集中于长波光谱范围(如红外线)。所以集热器表面应选择具备对短波吸收率很高,而对长波发射(吸收)率极低这样性质的材料。
二、定量计算
包括:角系数的计算;漫灰表面封闭辐射系统的换热计算;多漫灰表面(主要是三表面)封闭辐射系统的
换热计算等。
1、求如图所示空腔内壁面2对开口1的角系数。 解:利用角系数的互换性和完整性即可求出。
由于壁面2为凹表面,,所以,但
,
由角系数的互换性得:
。
2、两块平行放置的平板的表面发射宰均为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,辐射热阻网络如图。
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
3、两个直径为0.4m,相距0.1m的平行同轴圆盘,放在环境温度保持为300K的大房间内。两圆盘背面不参与换热。其中一个圆盘绝热,另一个保持均匀温度500 K,发射率为0.6。且两圆盘均为漫射灰体。试确定绝热圆盘的表面温度及等温圆盘表面的辐射热流密度。
解:这是三个表面组成封闭系的辐射换热问题,表面1为漫灰表面,表面2为绝热表面,表面3相当于黑体。如图(a)所示。辐射网络图见图(b)。
计算角系数:
,
对J1列节点方程
对J2列节点方程
其中
,
因而(1),(2)式成为:
解得:J1=2646.65W/m, J2=1815.4W/m
2
2
因此
等温圆盘1的表面辐射热流:
4、用热电偶来测量管内流动着的热空气温度,如图。热电偶测得温度t1=400℃,管壁由于散热测得温度t2=350℃,热电偶头部和管壁的发射率分别为0.8和0.7。从气流到热电偶头部的对流表面传热系数为35W/(m·K)。试计算由于热电偶头部和管壁间的辐射换热而引起的测温误差,此时气流的真实温度应为多少?讨论此测温误差和换热系数的关系,此测温误差和热电偶头部发射率的关系。
2
解:热电偶头部的能量平衡式为:
,
其中热电偶头部与管壁的辐射换热为空腔与内包壁的辐射换热,并忽略热电偶丝的导热。 气流的真实温度为:
由上式可以看出,测温误差
与换热系数成正比,与热电偶头部辐射率成反比。即为减少测温
误差,应强化热电偶头部与热气流间的对流换热,削弱与管壁间辐射换热。 三、本章提要 1.角系数
角系数描述辐射表面之间的空间相对位置关系。对漫灰表面而言,在有效辐射均勾的前提下,角系数是一个纯粹的几何量,即与温度高低以及表面的辐射热物件参数没有任何关系。 角系数的定义式是建立在兰贝特定律基础上的。
微元面对有限面的角系数为定值,而有限面对有限面的角系数实际上具有积分平均的意义。 角系数有以下三个基本性质:
互换性:
完整性:分解性: ⑴发射面被分解: ⑵受射面被分解:
计算角系数的方法主要有:直接积分法、代数计算法、数值计算法、图线法和几何投影法等。工程计算