虽然重辐射面与换 热面之间无净辐射换热交换, 热面之间无净辐射换热交换,但它的重辐射作用却影响到其他换热 表面间的辐射换热。 表面间的辐射换热。 3数值计算法(自学) 数值计算法(自学) §9-4 辐射换热的强化与削弱 由于工程上的需求,经常需要强化或削弱辐射换热。 由于工程上的需求,经常需要强化或削弱辐射换热。本节利用 本章以前讨论的内容对强化或消弱辐射换热的方法作一归纳, 本章以前讨论的内容对强化或消弱辐射换热的方法作一归纳,最后 给出辐射换热表面换热系数的定义及计算方法。 给出辐射换热表面换热系数的定义及计算方法。 1强化辐射换热的方法 可采用增加换热表面黑度(即减少表面热阻)以及改变两表面的 可采用增加换热表面黑度(即减少表面热阻) 布置以增加角系数(即减少空间热阻)的方法。 布置以增加角系数(即减少空间热阻)的方法。 增加黑度时应注意首先增加对换热影响最大的那一个表面的黑 例空腔与内包物体的换热应增加内包物体的黑度更有效)。 度(例空腔与内包物体的换热应增加内包物体的黑度更有效)。 2削弱辐射换热的方法 可采用减少表面黑度(增加表面热阻)及在两辐射表面之间安 可采用减少表面黑度(增加表面热阻) 插遮热板(增加总热阻)的方法。 插遮热板(增加总热阻)的方法。例如卫星表面采用对太阳能吸收 率小的材料做表面涂层,置于室外的发热设备(如变压器) 率小的材料做表面涂层,置于室外的发热设备(如变压器)用浅色 油漆作为涂层。 油漆作为涂层。 为了减少辐射换热,在换热面之间插入薄板是个有效措施。 为了减少辐射换热,在换热面之间插入薄板是个有效措施。 未插入遮热板时两个大平板的辐射换热量为: (1)板式遮热板 未插入遮热板时两个大平板的辐射换热量为: Q 1*, 2 = ε s A ( E b 1 E b 2 ) ε s = 1 ε1 + 1 1 ε 1 2 中间插入一块遮热板后 的辐射换热量为: 的辐射换热量为: Q 1, 2 = A ( E b1 E b 2 ) 2 εs + ( 1) ε3 插入n块相同黑度的遮热板后的辐射换热量为: 插入n块相同黑度的遮热板后的辐射换热量为: Q n 1, 2 A ( E b1 E b 2 ) = 2 ε s + n ( 1) ε3 若ε1=ε2=ε3=ε,则 =ε, A(Eb1 Eb2 ) 1 Q = = Q1,2 2 (n +1)( 1) n +1 n 1,2 ε 第一块遮热板使辐射换热量减少了1/2 第一块遮热板使辐射换热量减少了1 第二块遮热板使辐射换热量减少了1 第二块遮热板使辐射换热量减少了1/2-1/3=1/6 第三块遮热板使辐射换热量减少了1 第三块遮热板使辐射换热量减少了1/3-1/4=1/12 第四块遮热板使辐射换热量减少了(1/n (1/n第四块遮热板使辐射换热量减少了(1/n-1/n+1)=1/n(n+1) 当在两个平板(ε=0 间插入一块黑度为0 05的遮热板时 的遮热板时, 当在两个平板(ε=0.8)间插入一块黑度为0.05的遮热板时,可使 辐射换热量减少到原来的1 27。 辐射换热量减少到原来的1/27。 (2)筒状遮热板 未插入遮热板时的辐射换热量为: 未插入遮热板时的辐射换热量为: A1 ( Eb1 Eb 2 ) Q1, 2 = 1 A1 1 + ( 1) ε1 A2 ε 2 中间插入一块遮热板后 的辐射换热量为: 的辐射换热量为: A (Eb1 Eb2) * 1 Q,2 = 1 1 A 1 A 2 1 + ( 1) + 1 ( 1) ε1 A2 ε2 A3 ε3 A1 (Eb1 Eb2 ) 插入n块相同黑度的遮热板后的 Q = 1 A 1 插入n n A1 2 1 + ( 1) + ∑ ( 1) 辐射换热量为: 辐射换热量为: ε1 A2 ε 2 i =1 A +2 ε i i n 1, 2 遮热板的应用 汽轮机中用于减少内、外套管间辐射换热的园筒形遮热板。 (1)汽轮机中用于减少内、外套管间辐射换热的园筒形遮热板。 遮热板应用于储存液态气体的低温容器。储存液氮、 (2)遮热板应用于储存液态气体的低温容器。储存液氮、液氧的 容器(见图9 42)。采用多层遮热板并抽真空的超级隔热材料, )。采用多层遮热板并抽真空的超级隔热材料 容器(见图9-42)。采用多层遮热板并抽真空的超级隔热材料,遮 热板用塑料薄膜制成,其上涂吸收率很小的金属箔层(例镀银, 热板用塑料薄膜制成,其上涂吸收率很小的金属箔层(例镀银,铬) 。 (3)遮热板应用于超级隔热油管。(见图9-43)采用多层遮热板 遮热板应用于超级隔热油管。(见图9 43) 。(见图 并抽真空的超级隔热材料, 并抽真空的超级隔热材料,半径方向上的当量导热系数为 0.003w/(m.k)。 0.003w/(m.k)。 (4)遮热板用于提高温度测量的准确度。见图9-44 遮热板用于提高温度测量的准确度。见图9 对裸露热电偶:高温气流以对流方式把热量传给热电偶,同时热 对裸露热电偶:高温气流以对流方式把热量传给热电偶, 电偶又以辐射方式把热量传给温度较低的壁面。 电偶又以辐射方式把热量传给温度较低的壁面。当对流换热量等于 辐射换热量时,热电偶的温度不再变化, 辐射换热量时,热电偶的温度不再变化,此温度即为热电偶的指示 温度。此值必低于气体的真实温度,造成误差。 温度。此值必低于气体的真实温度,造成误差。 当使用遮热罩抽气式热电偶时,遮热罩使辐射换热减少, 当使用遮热罩抽气式热电偶时,遮热罩使辐射换热减少,而抽 气作用又增加了气体与热电偶间的对流换热, 气作用又增加了气体与热电偶间的对流换热,从而使热电偶的指示 温度更接近于气体的真实温度,使测量误差减少。 温度更接近于气体的真实温度,使测量误差减少。 3复合换热的计算 工程中对流与辐射常常同时存在。 工程中对流与辐射常常同时存在。这种对流与辐射同时存在的 换热过程称为复合换热。对于复合换热, 换热过程称为复合换热。对于复合换热,工程计算时常采用把辐射 换热量折合成对流换热量的处理办法。 换热量折合成对流换热量的处理办法。先按辐射换热的有关公式算 出辐射换热量Qr 然后将它表示成牛顿冷却公式的形式: Qr, 32) 出辐射换热量Qr,然后将它表示成牛顿冷却公式的形式:(式9-32) Φ r = hr A t 式中:hr—辐射换热系数。 辐射换热系数。 式中: 辐射换热系数 于是复合换热的总换热量可方便的表示成( 于是复合换热的总换热量可方便的表示成(式9-33) 33) Φ = hc At + hr At = A(hc + hr )t = Aht t 式中: 对流换热系数。 式中:hc—对流换热系数。 对流换热系数 复合换热系数。 ht—复合换热系数。 复合换热系数 辐射换热系数的计算式与计算系统有关,如对位于温度为T 辐射换热系数的计算式与计算系统有关,如对位于温度为T2的 大空间的凸表面(温度为T 可有( 34) 大空间的凸表面(温度为T1),可有(式9-34) hr = ε 1σ (T14 T 24 ) T1 T 2 = ε 1σ (T12 + T 22 )( T1 + T 2 ) § 9-5 - 气体辐射 在工业上常见的温度范围内, 在工业上常见的温度范围内,高温单原子惰性气体和分子结构 对称的双原子气体( ),并无发射和吸收辐射能的能力 并无发射和吸收辐射能的能力, 对称的双原子气体(O2、N2、H2),并无发射和吸收辐射能的能力, 可当作透明介质。但对非对称结构双原子[CO]和多原子气体[CO [CO]和多原子气体 可当作透明介质。但对非对称结构双原子[CO]和多原子气体[CO2、 O]具有相当大的辐射本领 当这类气体出现在换热场合中时, 具有相当大的辐射本领。 H2O]具有相当大的辐射本领。当这类气体出现在换热场合中时,就 要涉及到气体与固体间的辐射换热计算。由于燃油、 要涉及到气体与固体间的辐射换热计算。