清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)12第十一章-輻射換熱(參考版)
2024-09-03 16:54本頁面
【正文】 太陽輻射光譜 45 溫室效應(yīng)： 溫室 太陽能利用： 太陽能熱水器 選擇性表面涂層 普通玻璃的光譜透射比 46 第十一章小結(jié) 重點掌握以下內(nèi)容： （ 1） 有關(guān)熱輻射和輻射換熱的基本概念： 吸收比 、反射比 、 透射比 、 黑體 、 灰體 、 漫射體 、 人工黑體 、輻射強度 、 輻射力 、 有效輻射 、 發(fā)射率 （ 黑度 ） 、 角系數(shù) 、 表面輻射熱阻 、 空間輻射熱阻 、 溫室效應(yīng) 、 選擇性表面 等； （ 2） 熱輻射的基本定律： 普朗克定律 、 斯忒藩 玻耳茲曼定律 、 維恩位移定律 、 蘭貝特定律 、 基爾霍夫定律； （ 3） 輻射換熱的計算方法：角系數(shù)的計算方法；輻射網(wǎng)絡(luò)法； （ 4） 遮熱板的原理 。? = ~ ?m 波長范圍約占 98%。 43 116 太陽輻射 太陽半徑約 km（ 球體輻射源 ） ， 離地球的平均距離約 km， 到達(dá)地球的太陽射線近似于平行 。 可見 ， 加遮熱罩后 ， 相對測溫誤差由未加遮熱罩的 %降低到 % 。 熱電偶熱平衡： 42 當(dāng) Tf =1 000 K、 T2=800 K、 ? 1=、 h=40 W/(m2?K)時 ，測溫誤差可達(dá) 144 K。 在兩塊平壁之間加一塊大小一樣 、 表面發(fā)射率相同的遮熱板 3， 如果忽略遮熱板的導(dǎo)熱熱阻 ， 則總輻射熱阻增加了 1倍 ， 輻射換熱量減少為原來的 1/2， 即 41 ? ?11 2 1 212??? 如果加 n層同樣的遮熱板 ， 則輻射熱阻將增大 n倍 ， 輻射換熱量將減少為 ? ?1 2 1 211nn??? ? 遮熱板通常采用表面發(fā)射率小 、 表面輻射熱阻大的材料 ， 如表面高度拋光的薄鋁板 ， 同時在多層遮熱板中間抽真空 ， 加大導(dǎo)熱和對流換熱熱阻 。 下面以兩塊靠得很近的大平壁間的輻射換熱為例來說明遮熱板的工作原理 。 只要每個表面的溫度 、 發(fā)射率已知 , 相關(guān)角系數(shù)可求 , 就可以通過求解線性方程組得到各表面的有效輻射 , 進而求得每個表面的凈輻射換熱量 。 iiJG? 對于灰體重輻射面 , ， ii???biiJE? 重輻射面的存在改變了輻射能的方向分布 , 所以影響整個系統(tǒng)的輻射換熱 。 進而可以運用電學(xué)中直流電路的求解方法 , 求出各節(jié)點的有效輻射及各表面的凈輻射換熱量 。 ? ?b 1J E G E G? ? ?? ? ? ? ? 單位面積的輻射換熱量 JGA? ?? bEGA? ????上兩式聯(lián)立可解得 ???34 b1EJA??????1A??? 稱為 表面輻射熱阻 對于黑體表面 ， ?=1， 表面輻射熱阻為零 ， 。如果兩個黑體表面構(gòu)成封閉腔 ，則 ?1,2是兩個表面凈交換的熱量 。 （ 2） 角系數(shù)的性質(zhì) 1） 相對性 （ 互換性 ） ： 1 1 , 2 2 2 ,1A X A X? 2） 完整性 ： , , 1 , 2 , ,11ni j i i i i i njX X X X X?? ? ? ? ? ? ??28 3） 角系數(shù)的可加性 ： 1 b1 1 , 2 1 b1 1 , 1 b1 1 ,abA E X A E X A E X??1 , 2 1 , 1 ,abX X X??? ?1 b 1 1 b 1 1 , 2 1 b 1 1 ,31 , 2 3A E X A E X A E X? ??? ? 1 , 2 1 , 31 , 2 3X X X? ?? （ 3） 角系數(shù)的計算方法 有積分法 、 代數(shù)法 、 圖解法 (或投影法 )等 1） 積分法 ： 根據(jù)角系數(shù)表達(dá)式通過積分運算求得角系數(shù) 121 , 21 b 1X AE? ??121212211 c o s c o s ddAAAAAr? ?? ???結(jié)果查有關(guān)手冊 （ 書 327頁表 ） 29 2） 代數(shù)法 ： 利用角系數(shù)的定義及性質(zhì) , 通過代數(shù)運算確定角系數(shù) 。 （ 1） 角系數(shù)的定義 從表面 1發(fā)出的總輻射能中直接投射到表面 2上份額稱為表面 1對表面 2的角系數(shù) ，用符號 X1,2表示 。 這是因為近 50%的太陽輻射位于可見光的波長范圍內(nèi) ， 而自身熱輻射位于紅外波長范圍內(nèi) ， 由于實際物體的光譜吸收比對投入輻射的波長具有選擇性 ， 所以一般物體對太陽輻射的吸收比與自身輻射的發(fā)射率有較大的差別 。 對于漫射體 ， 輻射特性與方向無關(guān) ， ? ? ? ?TT????? 對于漫射 、 灰體 ， 輻射特性與波長無關(guān) ， ????????? ? ? ?TT???24 對于工程上常見的溫度范圍 （ T≤2022 K） ，大部分輻射能都處于紅外波長范圍內(nèi) ， 絕大多數(shù)工程材料都可以近似為漫發(fā)射 、 灰體 ， 不會引起較大的誤差 。 23 3. 基爾霍夫 （ ） 定律 基爾霍夫定律揭示了物體吸收輻射能的能力與發(fā)射輻射能的能力之間的關(guān)系 ， 其表達(dá)式為 ? ? ? ?,
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