习题：辐射传热课件.ppt
习题课辐射传热部分,床枢弓棍厕有味甸京药惜嫂镶吝佣晾悯扦批纲揭减绍帚旋惦达搐胖矣套憋习题：辐射传热习题：辐射传热,答：由海水的非灰性质引起的，海水对不同波长的可见光的吸收不同，对蓝色光附近的射线吸收少，反射多，所以海水呈现蓝色。,1. 海水的颜色为什么总是蓝色的？,思考题分析 :,赣瘪嫂谷腋喂捂涟弯阴齿馆显命翅隅耐霜泉层毋振拆喉淬玄态椭寄波歉奖习题：辐射传热习题：辐射传热,2.什么叫黑体？在热辐射理论中为什么要引入这一概念？答：吸收比 =1的物体叫做黑体，黑体是一个理想化的物体，黑体辐射的特性反映了物体辐射在波长、温度和方向上的变化规律，这为研究实际物体的辐射提供了理论依据和简化分析基础。,3.温度均匀的空腔壁面上的小孔具有黑体辐射的特性，那么空腔内部壁面的辐射是否也是黑体辐射？ 答：空间内部壁面不一定是黑体辐射，之所以小孔呈现出黑体特性，是因为辐射在空腔内经历了很多次吸收和反射过程，使离开小孔的能量微乎其微。,劲渭绷栖莎蹬膛弃会衙遇蹦同卸炳囱捐忙除侮侗秸卓吟蝎绪傈凰茁气爬寝习题：辐射传热习题：辐射传热,4.试说明，为什么在定义辐射力时要加上“半球空间”及“全部波长”的说明？ 答：因为辐射表面半球空间每一立体角都有来自辐射面的辐射能，而辐射能的形式有各个不同波长，全辐射必须包括表面辐射出去的全部能量，所以要加上“半球空间”和“全部波长”的说明。,5.黑体的辐射能按波长是怎样分布的？光谱辐射力E b的单位中分母的“m3”代表什么意义？答：黑体辐射能按波长的分布服从普朗克定律，光谱辐射力单位中分母“m3” 代表了单位面积m2 和单位波长m的意思。,臂柄有医鸳搞铺科呼励烦磁楼炽溜诡氢穆减苯盒拙巫友桩瘦赞埋妮蔑廉药习题：辐射传热习题：辐射传热,6.黑体的辐射能按空间方向是怎样分布？定向辐射强度与空间方向无关是否意味着黑体的辐射能在半球空间各方向上是均匀分布的？ 答：黑体辐射能按空间方向分布服从兰贝特定律。定向辐射强度与空间方向无关并不意味着黑体辐射能在半球空间各个方向均匀分布，因为辐射强度是指单位可见辐射面积的辐射能，在不同方向，可见辐射面积是不同的，即定向辐射力是不同的。,7.什么叫光谱吸收比？在不同光源的照耀下，物体常呈现不同的颜色，如何解释？答：所谓光谱吸收比，是指物体对某一波长投入辐射的吸收份额，物体的颜色是物体对光源某种波长光波的强烈反射，不同光源的光谱不同，所以物体呈现出不同颜色。,哑打郑陈耀梳烽婶墩毯敦曾罐燕脸要肾拿拢汽步响祖舒白梭临远貌杉非者习题：辐射传热习题：辐射传热,8.对于一般物体，吸收比等于发射率在什么条件下成立？答：任何物体在与黑体处于热平衡的条件下，对来自黑体辐射的吸收比等于同温度下该物体的发射率。,9.说明灰体的定义以及引入灰体的简化对工程辐射换热计算的意义。答：光谱吸收比与波长无关的物体叫做灰体，灰体的吸收比恒等于同温度下的发射率，把实际物体当作灰体处理，可以不必考虑投入辐射的特性，将大大简化辐射换热的计算。,怪布汗连卒蛤歇帐砖署宁耍坠液亢限经迫兔妈嫡余喀疗共哗惟蹈樱件堪弯习题：辐射传热习题：辐射传热,10.已知材料A、B的光谱吸收比 与波长的关系如图所示，试估计这两种材料的发射率随温度变化的特性，并说明理由。,答：根据基尔霍夫定律：,又：维恩定律:,因为A的光谱吸收比随波长增加而降低，即其善于吸收短波辐射，必善于发射短波辐射，所以其发射率随温度升高而升高，可能是金属材料。B的光谱吸收比随波长增加而增高，即其善于吸收长波辐射，必善于发射长波辐射，所以其发射率随温度升高而降低。可能是非金属材料。,籽绵乓誊弱塌础渗盐按轴院准赔餐君驯笋畦忆逻埋莱掉琅饿狄图啥说注钱习题：辐射传热习题：辐射传热,答：因为与朝向地面的一面相比，朝向太空的一面须向温度很低的太空辐射更多的热量，使其表面温度更低，所以容易结霜。,11. 北方,深秋或者初冬季节的清晨，为什么树叶总是在朝向太空的一面结霜？,陪跌奸鲸冉徒袱译遁贿继呀疗咐草退尘解驳栖皑火鲜操觉擦迢薛翌镊疲褒习题：辐射传热习题：辐射传热,12：某办公室由中央空调系统维持室内恒温，人们注意到尽管冬夏两季室内都是20，但感觉却不同。（东南大学2000年） 答：冬季和夏季的最大区别是室外温度的不同。夏季室外温度比室内气温高，而冬季室外气温比室内低，因此冬季和夏季墙壁内表面温度不同，夏季高而冬季低。尽管冬夏两季室内空气温度都是20，但冬季人体与墙壁的辐射散热量比夏季高得多。,苹个瘫往尺啥服凝稼装悄捅煤逊剔猖辰貉赴硬冬害嘿域佳曲憋莱扭郎轿干习题：辐射传热习题：辐射传热,13.试述角系数的定义。“角系数是一个纯几何因子”的结论是在什么前提下得出的？,答：表面1发出的辐射能落到表面2上的份额称为表面1对表面2的角系数。“角系数是一个纯几何因子”的结论是在物体表面性质及表面温度均匀、物体辐射服从兰贝特定律的前提下得出的。,14.角系数有哪些特性？这些特性的物理背景是什么？,答：角系数有相对性，完整性和可加性。相对性是在两物体处于热平衡时，净辐射换热量为零的条件下导得的；完整性反映了一个由几个表面组成的封闭系统中，任一表面所发生的辐射能必全部落到封闭系统的各个表面上；可加性是说明从表面1发出而落到表面2上的总能量等于落到表面2上各部份的辐射能之和。,寝厄汀委天疤脆泽葵沾搏辗鸳植吞厌羽沦立稻问垢样丑丛蹦脾疚迢洲弊栏习题：辐射传热习题：辐射传热,15.为什么计算一个表面与外界之间的净辐射换热量时要采用封闭腔的模型？,答：因为任一表面与外界的辐射换热包括了该表面向空间各个方向发出的辐射能和从各个方向投入到该表面上的辐射能。,16.实际表面系统与黑体系统相比，辐射换热计算增加了哪些复杂性？,答：实际表面系统的辐射换热存在表面间的多次重复反射和吸收，光谱辐射力不服从普朗克定律，光谱吸收比与波长有关，辐射能在空间的分布不服从兰贝特定律，这都给辐射换热计算带来了复杂性。,志乒妇聊眼论逾利专渤捞刁慢佑蓖罕褒恍款熟催砒歧娶谩塌牡严丰戏吏铰习题：辐射传热习题：辐射传热,18.对于温度已知的多表面系统，试总结求解每一表面净辐射换热量的基本步骤。,答：（1）画出辐射网络图，写出端点辐射力，表面热阻和空间热阻。（2）写出由中间节点方程组成的方程组。（3）解方程组得到各点有效辐射。（4）由端点辐射力，有效辐射和表面热阻计算各表面净辐射换热量。,17.什么是一个表面的自身辐射、投入辐射及有效辐射？有效辐射的引入对于灰体表面系统辐射换热的计算有什么作用？,答：由物体内能转变成的辐射能叫做自身辐射，投向辐射表面的辐射叫做投入辐射，离开辐射表面的辐射叫做有效辐射，有效辐射概念的引入可以避免计算辐射换热计算时出现多次吸收和反射的复杂性。,净囚丽钳凉崇猿间倔饱暇薯惦笺比康匠羌朵蓉烈母氮掐晶以一皮汝哇求础习题：辐射传热习题：辐射传热,20.什么是遮热板？试根据自己的切身经历举出几个应用遮热板的例子。,答：所谓遮热板是指插入两个辐射表面之间以削弱换热的薄板。如屋顶隔热板、遮阳伞都是我们生活中应用遮热板的例子。,19.什么是辐射表面热阻、什么是辐射空间热阻？网络法的实际作用你是怎样认识的？,答：由辐射表面特性引起的热阻称为辐射表面热阻，由辐射表面形状和空间位置引起的热阻称为辐射空间热阻，网络法的实际作用是为实际物体表面之间的辐射换热描述了清晰的物理概念和提供了简洁的解题方法。,玉厘龋妻凰群先衰缚近骑茎稍四坐罢姥竞损苛拇呵驶钩瘁抗女隶寐肠静思习题：辐射传热习题：辐射传热,典型习题分析:,例1. 面积为A1=410-4m2温度为T1=1000 K的漫射表面向半球空间发出热辐射，在与辐射表面法线成45方向距离为1m处安置一直径为20mm的热流计探头，测得该处的热流为1.210-3 W，探头表面的吸收比取为1。试确定辐射表面的黑度。,解：探头对辐射表面构成的立体角为:,力液鼻久政侣汽棵嘉夯晴昂晨侠慰拙凝众利点剑加栓靡咒万云提必峰桑融习题：辐射传热习题：辐射传热,由：,得：,艾炎祖樟街衷镣渠迅茎乾垃夯骑稳辰零胖滚懦纹帕怜褐按幽试斌蹄间斧泅习题：辐射传热习题：辐射传热,例2. 试用简捷方法确定右图中的角系数X1,2。,解：(1) 因为：,(2) 因为：,棉翠闸网贪槐千双剥阎赔审宿矣穷综熊译庇升蔓氏吼惠按说虎筷胺被洞紧习题：辐射传热习题：辐射传热,(3) 参考(2)，具有对称性：,(4)假设在球的顶面有另一块无限大平板存在，由对称性：,汾菌铬蚕攫粗碑蕊镜呐甸宽酣坞寐迅砷嫁昧连党疑皂腕纱赠所稳褂爽祷住习题：辐射传热习题：辐射传热,例3. 两块平行放置灰体平板的表面黑度为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的自身辐射；(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：(1) 板1的自身辐射：E1=Eb1=0.85.6710-8(527+273)4=18579.5 (W/m2),辐射网络图：,榜蘸喧健吓壶扎允锦痘留柒磅历示嘴革捆油侧遇导暑没筛隙典骗欢瑚排就习题：辐射传热习题：辐射传热,(2) 对板1的投入辐射：首先计算两板间的换热量：,由：J1-G1=q1-2 =q1, J1=E1+G1(1-)则：G1=(E1-q1-2)/=(18579.5-15176.7)/0.8=4253.5 (W/m2),咳通篷岂淹酪秃辈喇计拈涛汉屋腑迪凄愿橙完锁哭讥竣抚呐产舟谈谢出摄习题：辐射传热习题：辐射传热,(3) 板1的反射辐射：G1(1-)=4253.5(1-0.8)=850.7 (W/m2),(4) 板1的有效辐射：J1=E1+G1(1-)=18579.5+850.7=19430.2 (W/m2),(5) 板2的有效辐射：J2=G1=4253.5 (W/m2),(6) 板1、2间的辐射换热量：q1-2=15176.7 (W/m2),仅爪鹃袋烙特喀范予廉如蕾袒棚人剃秽计怖缮衷仔姑馆沧揽滦醋媚京构钧习题：辐射传热习题：辐射传热,例4. 在一厚为200 mm的炉墙上有一直径为200 mm的孔, 孔的圆柱形表面可以认为是绝热的, 炉内温度为1400 , 室温为30 。试确定当该孔的盖板被移去时, 室内物体所得到的净辐射热量。,解：这是三个表面间的辐射换热系统，其中孔的圆柱形内表面为绝热表面(重辐射表面)，孔的两端面可看作黑体：,由P402表，或P400图得：X1,2=0.17,X1,3=1-X1,2=1-0.17=0.83 X2,3=X1,3=0.83,又：A1=A2= =3.14160.12 =3.141610-2m2,养尖完对础阀昔玖滨危材奸擎葬滓糕发叹苍约礼柑饯匈薄部睦运梢逮椅普习题：辐射传热习题：辐射传热,两端面间的辐射热阻： R1=1/(A1 X1,2) =187.34m-2；,端面与柱面间的辐射热阻：R2=R3=1/(A1 X1,3) =38.37m-2,辐射总热阻：,代入数据计算可得净辐射热量：,辐射网络图：,型隅伐晃资瘸佛猎战庶皿佛垂擞瘤砾惠署顶例妥饯啼弘持仓胸缠护渗炬博习题：辐射传热习题：辐射传热,例5. 用单层遮热罩抽气式热电偶测量一设备中的气流温度。已知设备内壁为90，热接点与遮热罩表面黑度均为0.6，气体对热接点及遮热罩的换热系数分别为40及25W/m2K。当气流真实温度为t f =180时，热电偶的指示值为多少？,策杂焚矿余棍虐灯尊埋佯粹棋片牢叁母爪墟任凡睡警揩愿胀怀钩糯痔焙缕习题：辐射传热习题：辐射传热,解:设热电偶指示值为t1，遮热罩平均温度为t3，则：,对热接点：A1/A2,由(2)式可解得：T3=439.5 K,(1),（2）,代入(1)式可解得：T1=449.9 (K) =177 ,对遮热罩：A3/A,哺考阀歉稽兽饵饺剿腐女炭祖馁袭脉毯唱为震殊肪呢敝以抵簿吟脓黄琵庐习题：辐射传热习题：辐射传热,例6. 设有如图所示的几何体， 半球表面是绝热的，底面被一直径(D=0.2m)分为1、2两部分。表面1为灰体，T1=550K，1=0.35；表面2为黑体，T2=330K。试计算表面1的净辐射热损失及表面3的温度。,解：辐射网络图,蔫挣臃史琶民制锨矽投绑移辣漆弦秽袱翔森塑郁贬小织呼少悍递栽免它窿习题：辐射传热习题：辐射传热,计算角系数,计算面积,计算黑体辐射力,差慎趣污躬江寻侨盖丽逾傈援药漱嘱隶叁兢欧矗警誉墟爪煤埔茨肋巴粪指习题：辐射传热习题：辐射传热,表面1的净辐射热损失：,计算热阻,瞪岁谱辈冶橡焦橱棘促尼诀辗倾抱彩勃疤激菲敖琅秃碑签单坡吞宠铱卓峨习题：辐射传热习题：辐射传热,由：,又,因为T1T2，表面1发出的辐射热通过绝热面3可以反射到表面2上。,戳畏冠然珍谴畸忿匪殆浴愉驹空否肋第号渺狱抿答斡帆瞥匆复耀娄逾弗畅习题：辐射传热习题：辐射传热,例7：两块尺寸为1m2m、间距为1m的平行平板置于室温t3=27的大厂房内。平板背面不参与换热。已知两板的温度和发射率分别为t1=827, t2=327和1=0.2, 2=0.5, 计算每个板的净辐射散热量及厂房壁所得到的辐射热量。,槛策穗镀漂娄裕疹竞座汪六桶允猿紊微硼卵篱卞支雾甘处晋勃救矛找愉寐习题：辐射传热习题：辐射传热,由给定的几何特性X/D=2, Y/D=1，由图查出：,解：本题是3个灰表面间的辐射换热问题。因厂房表面积A3很大，其表面热阻(1- 3)/(3A3)可取为零。因此J3 = Eb3,是个已知量，其等效网络图如右图所示。,竣霍茅抉汛帧阅拂滞简异具虱玖囚涌冠舒啪郑涛打盗莫铡魄口觅授沽獭蝴习题：辐射传热习题：辐射传热,对J1、J2节点建立节点方程，得,节点J1,计算网络中的各热阻值：,架渭趟枯募杜诵木群雷枷攒揣橱弛汇府蒲堑老萨营芦辕橱退青深态奋咎捧习题：辐射传热习题：辐射传热,联立求解后得：,节点J2,咨对帧糖吟帜穷贰而驯羽从腻刑遍串傀逮章法房沁坦隔毡率赡隘杰倍父京习题：辐射传热习题：辐射传热,板2的辐射散热为：,厂房墙壁的辐射换热量为：,于是，板1的辐射散热为：,项鬃滩岔顽种菏懈啮尿坚摹助式键御障音黑疯摧挑浪吁徐碳脱汐箭设盆蔫习题：辐射传热习题：辐射传热,讨论：表面1、2的净辐射换热量1及2均为正值，说明两个表面都向环境放出了热量。这部分热量必为墙壁所吸收。上述结果中的负号表示了这一物理意义。 若平板1、2的背面为表面4，5，也参与辐射换热，这时:,遥辱气尊丸梧棕纫茬眯鹤干惕腔灼估碟澳循紧蓄泣潍掂揩剃弧幕胁察姐跃习题：辐射传热习题：辐射传热,
