《传热学》第八章（8-4） 辐射换热的强化与削弱

8-4辐射换热的强化与削弱 强化与消弱原因:工程上需要 强化与消弱依据: Φ12=E。A2X12(En1-Eb2) 强化辐射换热的具体措施:增加换热表面发射率以及增加角系 数的方法。 注意事项:采用改变表面发射率的方法时应首先增加对换热影 响最大的那一个表面的发射率。以图8-18a为例,其换热量的计 算式为 A,(EbL-Eb2) 1 A (8-15) ,aE 增加内包物体的发射率￡1比增加空腔表 面发射率E2更加有效 (a)图8-18a

8-4 辐射换热的强化与削弱 强化与消弱原因：工程上需要。 1) 1 ( A 1 A A (E E ) 2 2 1 1 1 b1 b2 1,2 −  +  −  = (8-15) A X (E E ) 1,2 s 1 1,2 b1 − b2  =  强化辐射换热的具体措施：增加换热表面发射率以及增加角系 数的方法。 注意事项：采用改变表面发射率的方法时应首先增加对换热影 响最大的那一个表面的发射率。以图8-18a为例，其换热量的计 算式为 强化与消弱依据： 图8-18a 增加内包物体的发射率 比增加空腔表 面发射率 更加有效。 1  2 

消弱辐射换热的具体措施为 1、减小表面发射率;2、在两辐射表面之间安插遮热板的方法 如人造地球卫星迎阳面(直接受到阳光照射的表面)与背阳面表 面采用吸收比小的材料作表面涂料;置于室外的发热设备(如 变压器)表面的处理,都可以消弱辐射换热的目的 所谓遮热板,是指插入两个辐射换热 表面之间的薄板,目的是削弱辐射换热。具 体效果根据图8-30所示,经过数学分析得 出。假设平板和金属薄板都是灰体,并且 T打7T2 C1=c,= 8 据式(8-16)可写出 q 1.3 bI b3 32=8(E q E b3 b2 (b) 图8-30遮热板

消弱辐射换热的具体措施为： 1、减小表面发射率；2、在两辐射表面之间安插遮热板的方法。 如人造地球卫星迎阳面(直接受到阳光照射的表面)与背阳面表 面采用吸收比小的材料作表面涂料；置于室外的发热设备(如 变压器)表面的处理，都可以消弱辐射换热的目的。 所谓遮热板，是指插入两个辐射换热 表面之间的薄板,目的是削弱辐射换热。具 体效果根据图8-30所示，经过数学分析得 出。假设平板和金属薄板都是灰体，并且  =  =  =  1 2 3 据式(8-16)可写出 q (E E ) 1,3 s b1 − b3 =  (a) q (E E ) 3,2 s b3 − b2 =  (b)

根据假设推断:表面1、3及表面3、2两个系统的系统发射 率相同,都是 118 8 在热稳态条件下,q1,3=q3,2=qn,2。将式()和()相加得 Es(E b1 Eb2) (8-21) 说明:为使削弱辐射换热的效果更为显著,实际上都采用发 射率低的金属薄板作为遮热板。例如,在发射率为0.8的两个 平行表面之间插入一块发射率为0.05的遮热板,可使辐射热 量减小到原来的1/27。当一块遮热板达不到削弱换热的要求 时,可以采用多层遮热板

在热稳态条件下， q1,3 = q3,2 = q1,2 。将式(a)和(b)相加得 (E E ) 2 1 q1,3 s b1 − b2 =  (8-21) 说明：为使削弱辐射换热的效果更为显著，实际上都采用发 射率低的金属薄板作为遮热板。例如，在发射率为0.8的两个 平行表面之间插入一块发射率为0.05的遮热板，可使辐射热 量减小到原来的1/27。当一块遮热板达不到削弱换热的要求 时，可以采用多层遮热板。 根据假设推断：表面1、3及表面3、2两个系统的系统发射 率相同，都是 1 1 1 1 s −  +   =

遮热板在工程技术上应用如: (1)汽轮机中用于减少内、外套管间辐射换热。如图8-31所示 (2)遮热板应用于储存液态气体的低温容器。如图8-32中 高温蒸汽 分隔物 遮热罩1 外套管 外壁 内套管 遮热板 图831进汽联接 图8-32多层遮热 管处的遮热罩 板保温容器示意图

遮热板在工程技术上应用如： (1)汽轮机中用于减少内、外套管间辐射换热。如图8-31所示。 (2)遮热板应用于储存液态气体的低温容器。如图8-32中

(3)遮热板用于超级隔热油管。如图8-33所示 (4)遮热板用于提高温度测量的准确度。如图8-34所示 间隔材料 水冷壁 遮热罩 遮热罩 外管 内管 注泰汽 图8-33用多层遮热板制造 图8-34单层遮热罩抽气式 而成的超级隔热油管 热电偶测温示意图

(3)遮热板用于超级隔热油管。如图8-33所示。 (4)遮热板用于提高温度测量的准确度。如图8-34所示

8-5气体辐射 在工业上常见的温度范围内,吸收性气体包括结构不对称 的以及三原子和多原子气体,其它结构对称的气体无发射与吸收 辐射能的能力,为透明体。特别重要的气体为:水和二氧化碳气 体 气体辐射不同于固体和液体辐射,它们具有如下两个特点。 1、气体辐射对波长有选择性 把在一定波长区段内具有吸收辐射能和发射辐射能的波长区 段称为光带。在光带以外,气体既不辐射亦不吸收,对热辐射呈 现透明体的性质 二氧化碳的主要光带有三段:265~2.80um415~445m、130~170m 水蒸气的主要光带也有三段:2.55-284m、5.6~76um20~30um 图8-35示意性地表出了二氧化碳和水蒸气的主要光带。最

8-5 气 体 辐 射 在工业上常见的温度范围内，吸收性气体包括结构不对称 的以及三原子和多原子气体，其它结构对称的气体无发射与吸收 辐射能的能力，为透明体。特别重要的气体为：水和二氧化碳气 体。 气体辐射不同于固体和液体辐射，它们具有如下两个特点。 1、气体辐射对波长有选择性 把在一定波长区段内具有吸收辐射能和发射辐射能的波长区 段称为光带。在光带以外，气体既不辐射亦不吸收，对热辐射呈 现透明体的性质。 二氧化碳的主要光带有三段: 水蒸气的主要光带也有三段: 图8-35示意性地表出了二氧化碳和水蒸气的主要光带。最 2.65 ~ 2.80m、4.15 ~ 4.45m、13.0 ~ 17.0m 2.55 ~ 2.84m、5.6 ~ 7.6m、12.0 ~ 30m

大特点是两者光带有两处是重叠的。气体不是灰体。 原因:由于辐射对波长具有选择性的特点。 cO E 波长l/m 图8-35CO2和H2O主要光带示意图

大特点是两者光带有两处是重叠的。气体不是灰体。 原因：由于辐射对波长具有选择性的特点

气体的辐射和吸收是在整个容积中进行的 气体的辐射和吸收是在整个容积中进行的,与气体的形状 和容积有关。下图所示。 ,0 辐射能通过吸收性气体层时削弱的程度 d 取决于辐射强度及途中所碰到的气体分子数 目。气体分子数目则和射线行程长度及气体 图836光谱辐射穿 密度p有关 过气体层时的减弱 参看图8-36,波长为λ的光谱辐射强度 的削弱与其它参量的关系为:

辐射能通过吸收性气体层时削弱的程度 取决于辐射强度及途中所碰到的气体分子数 目。气体分子数目则和射线行程长度及气体 密度 有关 。 参看图8-36，波长为 的光谱辐射强度 的削弱与其它参量的关系为： 2、气体的辐射和吸收是在整个容积中进行的 气体的辐射和吸收是在整个容积中进行的，与气体的形状 和容积有关。下图所示。  

dL -kl dx K为光谱减弱系数,它取决于气体的种类、密度和波长 当气体的温度和压力为常数时,K不变,对上式积分可得 入x k dX .0 0 入 K,S e 入.0 K,S 入S e 8-25 式(8-25)称为贝尔定律,表明光谱辐射强度在吸收性气体 中传播时按指数规律衰减

为光谱减弱系数，它取决于气体的种类、密度和波长。 当气体的温度和压力为常数时， 不变，对上式积分可得 dL,x = − L,x dx   s ,0 ,s s 0 L L ,x ,x e L L dx L ,s dL ,0    −      = = −   s ,s ,0 L L e −  =  (8-25) 式(8-25)称为贝尔定律，表明光谱辐射强度在吸收性气体 中传播时按指数规律衰减

2s/L20正是厚度为s的气体层的单色穿透比τ(^λ,s),所以 τ(入,S)=e K,S (8-26 对于气体,反射比p=0,而得τ(λ,)+(A,s)=1 于是可得气体层吸收比 Q(入,s)=1-e-x (8-27) 将基尔霍夫定律应用于光谱辐射,得:￡(λ)=(入) 则气体层的光谱发射率为 (入,s)=1-e3 (8-28) 气体发射率取决于气体的种类,不同气体的发射率不同。 对于同一种气体,它的发射率又受哪些因素支配呢?下面我们 来分析这个问题

,s L ,0 L /   正是厚度为s的气体层的单色穿透比 (,s) ，所以 s ( ,s) e −   = (8-26) 对于气体，反射比  = 0 ，而得 (,s) + (,s) =1 于是可得气体层吸收比 s ( ,s) 1 e −   = − (8-27) 将基尔霍夫定律应用于光谱辐射，得： () = () 则气体层的光谱发射率为 s ( ,s) 1 e −   = − (8-28) 气体发射率取决于气体的种类，不同气体的发射率不同。 对于同一种气体，它的发射率又受哪些因素支配呢?下面我们 来分析这个问题