1、如前所述，熱輻射的發(fā)射和吸收具有空間特性。因此，表面之間的輻射傳熱與多個因素有關，如表面幾何形狀、尺寸和每個表面的相對位置，這些因素通常由角度系數(shù)來考慮。角系數(shù)的概念是20世紀20年代隨著固體表面輻射傳熱計算的出現(xiàn)和發(fā)展而提出的。它有許多名稱，如形狀因子、視覺因子、交換系數(shù)等。但是最流行的是角度系數(shù)。值得注意的是，角度系數(shù)僅適用于漫射表面(漫射輻射和漫射發(fā)射)，甚至是發(fā)射的輻射和投射在表面上的輻射。1.角系數(shù)的定義在介紹角系數(shù)的概念之前，我們應該先回顧一下輸入輻射的兩個概念：單位時間內(nèi)投射到單位面積上的總輻射能量，記錄為g，8-1角系數(shù)的定義、性質(zhì)和計算，8/7/2020-0-，第8章輻射傳熱

2、的計算8-1角系數(shù)的定義、性質(zhì)和計算。(1)角度系數(shù)：有兩個表面，編號為1和2，填充有透明介質(zhì)，因此表面1和表面2之間的角度系數(shù)X1，2是表面1直接投射到表面2上的能量，占表面1輻射能的百分比。即，(2)有效輻射：單位時間內(nèi)離開單位面積的總輻射能量是地表的有效輻射，如圖8-1所示。包括其自身發(fā)射的輻射e和反射的輻射g.g是投射的輻射。圖8-1是有效輻射的示意圖。類似地，也可以定義表面2與表面1的角度系數(shù)。從這個概念中，我們可以得出結論，角系數(shù)的應用有一定的限制，即擴散面、等溫和均勻的物理性質(zhì)，(8-1)，8/7/2020-1-，第8章輻射傳熱的計算，8-1角系數(shù)的定義、性質(zhì)和計算，(2)微型元

3、件面與微型元件面的角系數(shù)如圖8-2所示，黑體微型元件面為DA。然后，根據(jù)前面的定義公式， (3)從角度系數(shù)的定義中可以知道單元的面對面的角度系數(shù)，單元平面dA1的面A2的角度系數(shù)是圖8-2，(8-2b)，8/7/2020-2-，和第8章輻射傳熱的計算8-1角度系數(shù)的定義、性質(zhì)和計算中兩個單元平面之間的輻射。 2，與A1相對的平面A2的角系數(shù)X2，1分別為，與A1相對的平面dA2的角系數(shù)為，(8-3a)，(8-3b)，(8-4a)，(8-4b)，8/7/2020-3-，第8章輻射傳熱的計算8-1定義和角系數(shù)(1)相關性可以從公式(8-2a)和(8-2b)，8/7/2020-5-，第8章輻射傳熱的

4、計算，8-1定義，性質(zhì)和角系數(shù)的計算中看出， 從公式(8-4a)和(8-4b)可以看出，上述性質(zhì)稱為角系數(shù)，8/7/2020-6-，第8章輻射傳熱的計算8-1角系數(shù)的定義、性質(zhì)和計算，上述公式稱為角系數(shù)的完備性。 如果曲面1是非凹面，X1，1=0。值得注意的是，上圖中曲面2與曲面1的角度系數(shù)不具有上述可加性。圖8-3角度系數(shù)的整體性，(2)由N個表面組成的封閉系統(tǒng)的整體性，如圖8-3所示，根據(jù)能量守恒，可得到33，360，(3)可加性如圖8-4所示，表面2可分為2a和2b表面，但也可分為N個表面，因此角度系數(shù)的可加性為0，8/7/2020。第8章輻射傳熱的計算8-1角系數(shù)的定義、性質(zhì)和計算，然

5、后看2-1能量守恒：圖8-4角系數(shù)的可加性，8/7/2020-8-，第8章輻射傳熱的計算8-1角系數(shù)的定義、性質(zhì)和計算，3角系數(shù)的計算方法通常有直接積分法，直接積分法的結果見公式(8-2)和(8-4)。下面只給出代數(shù)分析。代數(shù)分析法是利用角系數(shù)的各種性質(zhì)得到一組代數(shù)方程，并通過求解得到角系數(shù)。值得注意的是，(1)使用這種方法的前提是系統(tǒng)必須是封閉的，并且如果它不是封閉的，它可以被做成一個假想的曲面來以由三個非凹面組成的封閉系統(tǒng)為例，如圖8-5所示，面積分別為A1、A2和A3，根據(jù)角系數(shù)的相關性和完備性，8/7/2020-9-，第8章，輻射傳熱的計算，8-1定義，性質(zhì)和角系數(shù)的計算，所有的角系數(shù)

6、，如X1，都可以通過求解這個封閉方程組得到。圖8-5由三個非凹面組成的封閉系統(tǒng)，8/7/2020-10-如果系統(tǒng)橫截面上的三個表面的長度分別為l1、l2和l3，那么上面的公式可以寫成：看看下面兩個表面的情況，虛平面如圖8-6所示。根據(jù)完備性和上圖8-6由兩個非凹面和假想面組成的封閉系統(tǒng)，8/7/2020-11-，第8章輻射傳熱的計算，8-1角系數(shù)的定義、性質(zhì)和計算，方程的解為3360。這種方法也稱為交叉線法。注：這里所謂的相貫線和不相貫線是指虛擬平面橫截面的線，或輔助線。8/7/2020-12-，第8章輻射傳熱的計算，8-1角系數(shù)的定義、性質(zhì)和計算，8-2被透明介質(zhì)隔開的兩個固體表面之間的輻射

7、傳熱。本節(jié)將給出穩(wěn)態(tài)輻射傳熱的兩個例子，即兩個等溫黑體。封閉系統(tǒng)充滿不吸收任何輻射的透明介質(zhì)。采用的方法稱為“凈熱”法。圖8-7黑體系統(tǒng)的輻射傳熱，黑體表面如圖8-7所示，黑色表面1和2之間的輻射傳熱為，8/7/2020-13-，第8章輻射傳熱的計算8-2透明介質(zhì)將輻射從兩個表面分開，在漫射灰色表面上灰體之間的多次反射給輻射傳熱的計算帶來麻煩， 因此，有必要采用上述輸入輻射G和有效輻射J的概念。在假定表面物理性質(zhì)和溫度已知的情況下，研究了J與表面凈輻射傳熱的關系，為灰擴散表面間輻射傳熱的計算做準備。 如圖8-1所示，對于表面1，上述公式中的凈輻射換熱量q為G1，考慮到可以得到，即8/7/202

8、0-14-，第8章輻射傳熱的計算8-2透明介質(zhì)將兩個表面輻射分開，下面將分析兩個等溫灰擴散表面封閉系統(tǒng)中的輻射傳熱。如圖8-8所示，根據(jù)以下公式和能量守恒，兩個表面的凈傳熱量為(d)，8/7/2020-15-第8章輻射傳熱的計算8-2透明介質(zhì)將兩個表面的輻射分開，因此在圖8-8、8/7/2020-11中有一個由兩個物體組成的輻射傳熱系統(tǒng)。定義系統(tǒng)黑度(或系統(tǒng)發(fā)射率)，與黑體輻射傳熱相比，上面還有一個公式，它是考慮灰系統(tǒng)多次吸收和反射對傳熱影響的一個因素。8/7/2020-17-，第8章輻射傳熱的計算8-2透明介質(zhì)將兩個表面與輻射分開。有三種特殊情況：(1)表面1是凸的或平面的，此時為X1，21

9、，所以(2)表面面積A1比表面面積A2小得多，即A1/A2=0，那么(3)表面面積A1和表面面積8/7/2020-18-，第8章輻射傳熱的計算，8-2透明介質(zhì)從兩個表面分開的多表面系統(tǒng)中輻射傳熱的計算，8-3雖然凈熱法也可用于多表面情況，但網(wǎng)絡法更簡單、更直觀。網(wǎng)絡法的原理(也稱熱網(wǎng)絡法、電網(wǎng)絡法等)。)是將熱輻射中的熱流、熱電位差和熱阻與電流、電位差和電阻進行比較，并將輻射熱流的傳輸路徑與電路進行比較。但是，需要注意的是，這兩種方法都離不開角度系數(shù)的計算，因此它們必須滿足四個條件：漫射灰面、等溫、均勻的物理性質(zhì)和均勻的投影輻射。從介紹相關概念開始，我們將逐步開始。8/7/2020-19-，第

10、8章輻射傳熱計算8-3輻射傳熱計算對于黑色表面，1 Rr 0表示黑體的表面熱阻等于零。并且根據(jù)前一節(jié)中的公式(d ),與角系數(shù)的相關性如何？8/7/2020-21-，第8章輻射傳熱計算8-3多面系統(tǒng)輻射傳熱計算，其中空間熱勢差為空間輻射熱阻，如圖8-10所示，可以看出每對面都有一個空間輻射熱阻。8/7/2020-22-，第8章輻射傳熱的計算8-3多面系統(tǒng)輻射傳熱的計算，(2)網(wǎng)絡法的應用實例首先，看看由上述兩個灰色面組成的封閉系統(tǒng)，見圖8-8，其等效網(wǎng)絡圖見圖8-11。根據(jù)電路中的基爾霍夫定律，流入省電模式的電流總和等于零，并且列出了每個節(jié)點。形成有效輻射的聯(lián)立方程，見左方程，8/7/2020

11、-23-，第8章輻射傳熱的計算8-3多面系統(tǒng)輻射傳熱的計算，求解上述方程得到或，并根據(jù)下式計算凈輻射熱流：其中，I代表面1或面2。在上述過程中，我們應該注意(1)節(jié)點的概念；(2)每個表面一個表面熱阻，每對表面一個空間熱阻；(3)和一些繪制電路圖的基本知識。讓我們看看這三個表面，如圖8-12所示。類似于兩個曲面，首先需要繪制等效網(wǎng)絡，如圖8-13所示，然后列出每個節(jié)點的當前方程。8/7/2020-24-，第8章輻射傳熱計算8-3多面系統(tǒng)輻射傳熱計算，8-12三面封閉系統(tǒng)，8-13三面封閉腔等效網(wǎng)絡圖，8/7/2020-25-，第8章輻射傳熱計算8-3多面系統(tǒng)輻射，8/7/2020-26-，第8

12、章輻射傳熱計算8-3多面系統(tǒng)輻射傳熱計算，畫出等效電路列出了每個節(jié)點的熱流(電流)方程；c .求解方程，得到各節(jié)點的等效輻射；用公式計算每個表面的凈輻射熱通量。綜上所述，我們可以得到應用網(wǎng)絡法的基本步驟如下：8/7/2020-27-，第8章輻射傳熱的計算，第8-3章多面系統(tǒng)輻射傳熱的計算，B有一個表面絕熱，即該表面的凈傳熱為零。網(wǎng)絡圖如圖8-14b和8-14c所示。與黑體不同，此時表面的溫度是未知的。同時，它仍然吸收和發(fā)射輻射，但是發(fā)射和吸收的輻射是相等的。由于熱輻射的方向性，它仍然影響其他表面的輻射傳熱。這種表面溫度不確定、凈輻射傳熱為零的表面稱為強輻射表面。圖8-14三面系統(tǒng)的兩個特例，(

13、3)兩個重要的特例在黑體中有一個面。黑體的表面熱阻為零。網(wǎng)絡圖見圖8-14a。這時，表面的溫度一般是已知的。8/7/2020-28-，第8章輻射傳熱計算8-3多面系統(tǒng)輻射傳熱計算，8/7/2020-29-，第8章多面系統(tǒng)輻射傳熱計算8-3由于工程需要，經(jīng)常需要加強或削弱輻射傳熱。增強輻射傳熱有兩種主要方法：(1)增加發(fā)射率；(2)增加角度系數(shù)。削弱輻射傳熱的方法主要有三種：(1)降低發(fā)射率；(2)降低角度系數(shù)；(3)添加絕緣板。事實上，插入隔熱罩相當于降低表面發(fā)射率。本節(jié)主要討論這種削弱輻射傳熱的方法。對于由兩個無限平面組成的封閉系統(tǒng)，傳熱量為：8-4輻射傳熱的加強和削弱，8/7/2020-3

14、0-，8-4輻射傳熱的計算，8-4輻射傳熱的加強和削弱?，F(xiàn)在，在兩側之間插入一個具有相同發(fā)射率的隔熱罩，從而形成兩個熱交換系統(tǒng)，如圖8-15所示。8/7/2020-31-，第8章輻射傳熱的計算8-4輻射傳熱的加強和削弱，穩(wěn)態(tài)時為33，360，表明與無隔熱罩的情況相比，輻射傳熱，圖8-15隔熱屏，8/7/2020-32-，第8章輻射傳熱的計算8-4輻射傳熱的加強和削弱，8-5氣體輻射，本節(jié)將簡要介紹氣體輻射的特點、傳熱過程和處理方法。在工程中常見的溫度范圍內(nèi)，并且具有很強的吸收和散發(fā)熱輻射的能力，而其他氣體則很弱，這就是為什么這兩種氣體在本節(jié)中被用作例子。1氣體輻射的特性(1)氣體輻射對波長有選

15、擇性。它只能發(fā)射和吸收特定波段的輻射，而對其他波段是透明的。如圖8-16所示。(2)氣體的輻射和吸收在整個體積中進行。這是因為輻射可以進入氣體，在氣體中傳播，最后一部分會穿透氣體到達外面或固體壁。因此，氣體的發(fā)射率和吸收率也與容器的形狀和體積有關。8/7/2020-33-，第8章輻射傳熱的計算8-5氣體輻射，圖8-16 CO2和H2O的主要吸收帶，圖8-17穿過氣體層的光譜輻射的衰減，8/7/2020-34-，第8章輻射傳熱的計算8-5氣體輻射，2氣體為了研究氣體中輻射的衰減規(guī)律，如圖8-17所示，我們假設投射在氣體界面的光譜輻射強度x=0，經(jīng)過一定距離后穿過微量元素氣體層dx后，其衰減為。理論上，已經(jīng)證明它與行程dx成正比。如果比例系數(shù)為，則有，8/7/2020-35-，第8章輻射傳熱的計算，8-5氣體輻射。在公式中，負號表示吸收，是光譜衰減系數(shù)m-1，它取決于物體的類型、密度和波長。它可以通過積分上述公式得到，即比爾定律，其中s是輻射的路徑長度，通常稱為輻射