熱輻射基本定律及物體的輻射特性-資料下載頁

　　

【正文】 a 有一個表面為黑體。 黑體的表面熱阻為零 。其網絡圖見圖 。此時，該表面的溫度一般是已知的。 167。 輻射換熱的強化與削弱 由于工程上的需求，經常需要強化或削弱輻射換熱。 強化輻射換熱 的主要途徑有兩種： (1) 增加發射率； (2) 增加角系數。 削弱輻射換熱 的主要途徑有三種： (1) 降低發射率； (2) 降低角系數； (3) 加入隔熱板。 其實插入防熱板相當于降低了表面發射率。本節主要討論這種削弱輻射換熱的方式。 對于兩個無限大平面組成的封閉系統，其換熱量為 : 2222,11111212,1 111????AXAAEE bb???????為簡單起見，假設 ，則 上式變為 。 現在在兩面之間插入一塊發射率仍為 的遮熱板， 這樣就組成了兩個換熱系統，如圖 . 1, 1,22,12121 ????? XXAA???)(11121221212,1 bbbb EEEEq ?????? ????穩態時有 : ????????????????2,33,12,1212,1232,3313,1)(21)()(qqqEEqEEqEEqbbsbbsbbs???可見，與沒有遮熱板時相比，輻射換熱量減小了一半。 圖 遮熱板 167。 氣體輻射 本節將簡要介紹氣體輻射的特點 、 換熱過程及其處理方法 。在工程中常見的溫度范圍內 ， 和 具有很強的吸收和發射熱輻射的本領 ， 而其他的氣體則較弱 ， 這也是本節采用這兩種氣體作為例子的原因 。 1 氣體輻射的特點 (1) 氣體輻射對波長具有選擇性。 它只在某譜帶內具有發射和吸收輻射的本領，而對于其他譜帶則呈現透明狀態。如圖 。 (2) 氣體的輻射和吸收是在整個容積中進行的 。 這是由于輻射可以進入氣體 ， 并在其內部進行傳遞 ， 最后有一部分會穿透氣體而到達外部或固體壁面 ， 因而 ， 氣體的發射率和吸收比還與容器的形狀和容積大小有關 。 OH22CO圖 CO2 和 H2O的主要吸收譜帶 圖 光譜輻射穿過氣體層時的衰減 2 氣體輻射的衰減規律 當熱輻射進入吸收性氣體層時 ， 因沿途被氣體吸收而衰減 。為了考察輻射在氣體內的衰減規律 ， 如圖 ， 我們假設投射到氣體界面 x = 0 處的光譜輻射強度為 ，通過一段距離 x后 ， 該輻射變為 。 再通過微元氣體層 dx 后 ， 其衰減量為 。 0,?LxL,? xdL,?xxLL,d??理論上已經證明， 與行程 dx 成正比，設比例系數為 ，則有 xKxKLLxx dd,??? ??式中，負號表示吸收， 為 光譜衰減系數 ， m1，它取決于其體的種類、密度和波長。對上式進行積分可得 ?K?? ?? sLLxx xKLLs0, dd,0,?????即 sKs eLL ??? ?? 0, Beer 定律 式中 ， s 是輻射通過的路程長度 ， 常稱之為 射線程長 。 從上式可知 ， 熱輻射在氣體內呈指數規律衰減 。 3 氣體輻射的光譜吸收比、光譜發射率 Beer公式可以寫為 ??? ?? ?? ? sKs eLL0, 光譜穿透比 對于氣體，反射率為零，于是有 根據 Kirchhoff定律，光譜發射率為 sKess ????? ????? 1),(1),(sKess ????? ???? 1),(),(4 氣體的發射率 工程中作為關心的是確定氣體所有譜帶內輻射能量的總和。于是需要首先確定氣體的發射率 ，然后利用 計算氣體的發射輻射。而由于氣體的容積輻射特性， 與射線程長關 s系密切，而 s取決于氣體容積的形狀和尺寸。如圖 。為了使射線程長均勻，人們引入了當量半球的概念，將不是球形的容積等效為半球。則其半徑就是等效的射線程長，見圖 。目前人們已經將一些典型幾何容積的氣體對整個包壁的平均射線程長列于表 。在缺少資料的情況下，任意幾個形狀氣體對整個包壁的平均射線程長可按下式計算： g?4gg TA ????g?AVs ?式中， V為氣體容積， m3； A為包壁面積， m2。 圖 氣體對不同地區的輻射 圖 半球內氣體對球心的輻射 除了與 s有關外，還與氣體的溫度和氣體得分壓力有關，于是我們有如下關系 g?),( psTf gg ??利用上面的關系，可以采用試驗獲得 ，圖 時的水蒸氣發射率 的圖線。圖 正系數 ，于是，水蒸氣的發射率為 g?OHC2*222 OHOHOH C ?? ?02 ?OHp *2OH?對應于 的圖分別是 。于是 2CO*222 COCOCO C ?? ?圖 ),( 22* spT OHgOH ??圖 修正系數 OHC2圖 ),(22* spT COgCO ??圖 修正系數 2COC當氣體中同時存在二氧化碳和水蒸氣時，氣體的發射率由下式給出 : ???? ???? ** 2222 COCOOHOHg CC式中， 是修正量，由圖 。 ??圖 修正量 ??5 氣體的吸收比 g????? ???? ** 2222 COCOOHOHg CC式中修正系數 和 與發射率公式中的處理方法相同，而 ， 和 的確定可以采用下面的經驗公式 OHC2 2COC*2OH? * 2CO? ??? ? )(,**222 ?????????wgTTspTOHOH TTgwOHw??? ? )(,**222 ?????????wgTTspTCOCO TTgwCOw??? ? wT?? ???在其體發射率和吸收比確定后，氣體與黑體外殼之間的輻射換熱公式為 : wbggbg EEq , ?? ??小結 1 角系數的定義、性質、計算方法 (特別是代數分析法 )和適用條件 2 能量守恒的分析方法在兩固體表面間輻射換熱的應用 3 系統黑度的計算公式及三種特殊情形的處理 4 熱網絡法的基本思路、計算過程、熱網絡圖 5 重輻射面的性質、影響輻射換熱的形式及其溫度的求解方法，以及 重輻射面與黑表面的區別 6 輻射換熱的強化與削弱應該考慮的因素及其作用過程，特別是熱輻射擋板 7 氣體輻射的特點：光譜依賴特性和容積輻射特性 8 氣體輻射的衰減規律及其計算公式、氣體的吸收系數和發射率 9 投入輻射 、有效輻射、系統黑度、熱勢差、表面輻射熱阻、空間輻射熱阻、衰減系數、射線程長 思考題： . (代數分析法 , 圖表法 ). . . 時的計算方法 . , 使用遮熱板的熱電偶測溫精度分析 . 能量平衡定律在此類問題中的應用 . . . . . ? ? 從傳熱學的角度做出評述 . 舉出一些 實際例子 . 作業： 631， 636， 642， 640