发布时间 : 星期三 文章传热学更新完毕开始阅读bf346c3683c4bb4cf7ecd1a5
(3)计算角系数及辐射热阻。
(4)根据类似于电学中的基尔霍夫定律列出节点方程。注意对重辐射面来说，由于其没有源热势，常常可以省去一个节点方程。 (5)求解有效辐射J及辐射换热量。?i???i,jj?1N此式表明，表面i的净辐射散热量等于表面i与其余各表面间辐射散热量之和。如果
用一辐射热流计来测量表面i的热流，则该热流计上显示的是Φi，而不是Φi，j。
2有效辐射J 有效辐射是辐射换热计算中的重要概念，它等于表面的自身辐射和反射辐射之和。应注意：表面的有效辐射J并不总是小于该表面温度对应的黑体辐射力Eb，它取决于该表面与外界辐射热流正负。
3重辐射面和黑体的区别 应充分理解重辐射面和黑体的不同，虽然表面上看二者均有J＝Eb。对重辐射面来说，J＝Eb是一个浮动的热势，它与其他表面的有效辐射及空间热阻有关。而对黑体表面来说，J＝Eb是源热势，不依赖于其他表面的有效辐射及空间热阻。二者在网络图上亦有区别。
4．辐射换热计算的要求 我们所讨论的辐射换热计算是基于如下前提的： (1)封闭腔模型； (2)稳态换热；
(3)所有表面不透明，但表面却被透热介质所隔开； (4)表面具有漫、灰性质；
(5)每一表面的有效辐射J是均匀的。考虑到 从而要求Eb(即温度均匀)、ε(表面发射性质)、G(投入辐射)应均匀。 (6)不计对流换热。
三、辐射换热的强化与削弱 遮热板原理及其应用； 四、气体辐射特点及其应用 气体辐射及太阳辐射特点
气体辐射具有对波长的选择性，容积性及不同气体辐射本领不同等特点。CO2，H2O气等气体的特点，解释温室效应等生活及工程实际中的传热现象。 一、填空题
1、角系数的大小取决于物体的三个因素，即：_几何形状_、_表面面积_和相对位置。 2、确定角系数的方法主要有_代数法_和_积分法_。
3、用代数确定角系数，是依靠物体间辐射换热的_相对性 ；完整性；和可加性三个原理。 4、组成辐射换热网络的热阻有表面热阻和空间热阻.它们的表达式各为
1??1和。 ?AX1,2?A15、两无限大平壁平行放置时，角系数为X1，2=_1_；空腔2与内包小凸物1之间的角系数为X2,1=
A1A2。
6、对灰表面，其表面有效辐射等于_本身辐射_与__反射辐射__之和。
7、在两块无限大平行平板之间加入n块遮热板，当它们发射率相同时，平行平板之间的辐射换热量将减少为原来的1/(n+1)。 8、气体的辐射和吸收对波长具有_选择性_。
9、气体吸收定律说明单色辐射在吸收性介质中传播时是_指数减弱_规律。
10、气体辐射和固体辐射相比，通常固体表面的辐射及吸收光谱是连续的，而气体的辐射和吸收是_间断的_的，即气体只能辐射和吸收某一定__波长_范围内的能量。
11、气体辐射和固体辐射相比，固体辐射和吸收是在很薄的_表面_层进行，而气体的辐射和吸收则是在_整个气体容积_中进行。 12、单色辐射减弱系数Kλ是与气体的性质、_压力_、_温度_及_射线波长_有关。 13、确定气体发射率时， 气体容积的射线平均行程S=_c·4V/A__。 二、名词解释
1、空间热阻： 2、角系数3、表面热阻：4、有效辐射：5、气体辐射射线平均行程： 三、问答题
1、试写出任意放置的两“漫──灰表面”间的辐射换热量计算公式，并绘出辐射网络图。
答：辐射换热量计算公式为： W；辐射网络图为： 2、试写出任意两黑体表面间的辐射换热量计算公式及绘出其辐射网络图。 3、用代数法确定角系数都有哪几个原则？
答：(1)凸表面或平表面；(2)组成封闭体系；(3)根据辐射换热的互换性、完整性、分解性。
4、某地初冬时节， 最低气温出现在凌晨2-4点， 但未达到0℃， 某农民早晨6点到地势较高而又大又平坦的菜地去， 观察到菜叶朝天空一面结有薄薄一层冰霜， 他就说今天将会是晴朗的好天气. 试从传热的辐射的观点，分析气温高于0℃为什么仍能结冰霜？ 为什么将会是晴朗天气？
答：初冬季节菜叶传热过程，热平衡式为：其中菜叶外表面与天空间的辐射换热菜叶外表面与室外空气间的对流换热
?R??A?b?Tw42?Tt4???A?bTw42????C??R ①
②
?C?hA?tf?tw2? ③
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菜叶内外表面间的导热(基本可忽略不计) ???菜叶外表面结霜表明tw2<0℃。
tw1?tw2 ④ R?⑴晴天时，天空云量少，透射率高，使得菜叶外表面与天空间的辐射换热ΦR较大，根据式①-④，tw较容易低于0℃，使菜叶外表面结霜。
⑵根据式①-④，可以看出即使室外空气温度tf高于0℃，tw同样可低于0℃，使菜叶外表面结霜。 5、什么是有效辐射？ 它是由哪些辐射项目组成的？ 6、气体辐射有什么特点？
答：⑴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；⑵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。⑶辐射与吸收在整个容积中进行。 7、简述布格尔气体吸收定律。
答：气体的辐射和吸收具有明显的选择性， 且其辐射和吸收是在整个气体容积中进行。 若气体能辐射和吸收某一定波长范围光带时， 当该光带中的热射线穿过气体层时， 射线能量沿途被吸收而不断减弱。 经气体层厚度S (或称“射线行程”)后强度减弱为：。
上式就是布格尔气体吸收定律， 它表明单色辐射强度穿过气体层是按指数规律减弱的。其中 Iλθ为进入的单色辐射强度， Kλ为单位距离内辐射强度减弱百分数，称单色减弱系数，与气体的性质、压力、温度及射线波长有关。应当指出， 此定律只是从气体吸收的方面来看辐射强度的变化， 而没有计及气体本身的辐射能力。
8、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。
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9、到达地球大气层外缘并与射线垂直的单位面积上的太阳辐射能量为1353W/m，称为太阳常数，但实际到达地球表面的太阳辐射能仅只有太阳常数的60-80％，这是为什么？
答：因为太阳辐射穿过大气层时，大气层对太阳辐射有吸收、散射、反射作用，因而太阳辐射受到了减弱，故到达地表时辐射能小了，大气减弱作用分为：
⑴大气层的吸收作用：大气层中含有的H2O、CO2、O2、O3对太阳辐射能选择性地吸收，大气层中含有的尘埃和污染物也有吸收作用； ⑵大气层的散射作用：太阳辐射遇到大气层中含有的空气分子和微小尘埃会产生散射；
⑶大气层的反射作用：太阳辐射遇到大气层中的云层和较大的尘埃就会反射， 把部分反射回宇宙空间出了。 10、根据基尔霍夫定律，气体单色发射率和单色吸收率有什么？
答：因为气体辐射和吸收有明显的选择性，其ε
λ
；能否把气体当做灰体处理，而存在有εg=αg？为
λ
=f（λ）≠常数，α=F（λ）≠常数，它不具有远离发射率和吸收率不随波长而变
的灰体性质，一般不能当作灰体处理，因而不存在εg=αg (除非进入气体的是黑体辐射且处于温度平衡)。 11、燃料燃烧生成的火焰分成哪几种类型？各具什么辐射特征？ 答：随着燃料种类和燃烧方式的不同，燃烧生成的火焰分为：
⑴不发光火焰──主要是燃烧产物中CO2、H2O气体辐射， 类似于气体辐射； ⑵半发光火焰──除燃烧产物中CO2、H2O气体辐射外， 还有焦碳粒子的辐射；
⑶发光火焰──主要是燃气产物中含有大量烃类热分解物， 即炽热的碳黑微粒的辐射， 类似于固体辐射 12、简述辐射换热封闭空腔网络法。
答：求解辐射换热问题时与电学中的欧姆定律相比拟，得出一个封闭空腔网络法。 由任意放置的两黑体表面间的辐射换热公式：
?Eb1?Eb2?，式中(Eb1-Eb2)相当于电位差，
1X1,2A1，式中(Eb1-Eb2)相当于电位差，
1X1,2A1相当于电阻，叫空间热阻；
又由灰表面间的某表面净辐射换热公式：?1??Eb1?J1??1??1??1A11??1相当于电阻，叫表面热阻。 ?1A1具体步骤为：首先所有表面必须形成封闭系统，再绘制热阻网络图，其具体方法为：
⑴每一个物体表面为1个节点（该物体表面应具有相同的温度和表面辐射吸收特性），其热势为有效辐射Ji； ⑵每两个表面间连接一个相应的空间热阻；
⑶每个表面与接地间连接一个表面热阻和“电池”（黑体辐射力Eb）；
⑷若某角系数为0，即空间热阻→∞，则相应两个表面间可以断开，不连接空间热阻； ⑸若某表面绝热，则其为浮动热势，不与接地相连。
13、黑体表面与重辐射面相比，均有J=Eb。这是否意味着黑体表面与重辐射面具有相同的性质？
答：虽然黑体表面与重辐射面均具有J=Eb的特点，但二者具有不同的性质。黑体表面的温度不依赖于其他参与辐射的表面，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。
14、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。
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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＝壳靠近外球壳即半径越大时辐射散热量越大。 15、气体辐射有什么特点?
1??3随遮热球壳半径的增加而减小。因此，遮热球?3A3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。 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。(习题9-29) 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，X2,2由角系数的互换性
?0，所以X2,1?1，但X1,2?1，
A1X1,2A2?A1。 A2A1X1,2?A2X2,1得：X2,1?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，J2
m2⑶板1的反射辐射Gp1??1J2?J1?Eb1?19430.1?18579.5?850.6W⑷板1的有效辐射J1⑸板2的有效辐射J2?4253.4W
m2
?19430.1W?4253.4Wm2
⑹板1、2间的辐射换热量q1,2m2?15176.7Wm2
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. m的平行同轴圆盘相距01. m，两盘置于墙壁温度33、两个直径为04大房间内，一圆盘1、1，
另一圆盘绝热。若两圆盘的背面均不参与换热，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。已知同轴圆盘之间的角
系数
T?300 KT?500 K??0.6X1,2?0.62。
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)。
E b 1 R 1 J 1 R 13 J E 3 ??b 3 R 12 R 23 J E 2 ??b 2 计算角系数：
X1,2?0.62，X2,3?X1,3?1?X1,2?0.38
d2??0.42A1?A2????0.1256 m2，A3??dl??*0.4*0.1?0.1257m2
44对J1列节点方程（1）
对J2列节点方程（2）其中
R1?1?0.6?5.3 m?2，
0.6A1R1?1?0.6?5.3 m?2
0.6A1R1?1?0.6?5.3 m?2
0.6A1因而(1)，(2)式成为：
解得：J1=2646.65W/m， J2=1815.4W/m
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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
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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。 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：
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