辐射传热角系数
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辐射换热
X1,3 X 3,2
辐射总热阻： R 1.51 24 24 11.5 53
辐射换热量：
q1,2 b
T14 T24 53
5.67108 5234 3284
53
67.66
W/m2
q1,3 b
T14 T34 26.5
67.66
0 , 1
⑵ 对于不含颗粒的气体，整个气体容积：
0 , 1
2、黑体模型
吸收比为1的物体。
3、定向辐射强度
在某给定辐射方向上，单位时间内、单 位可见辐射面积、在单位立体角内所发射全
部波长的能量，用 I 表示。
4、光谱定向辐射强度
在波长 附近的单位波长间隔内的定
2、斯蒂芬-玻尔兹曼定律（Stefan-Boltzmann ）
Eb
0
Eb d
bT
4
W/m2
Eb
Cb
T 100
4
W/m2
b ——黑体辐射常数， b 5.67 108 W/ m2 K4
Cb ——黑体辐射系数， Cb 5.67
W/ m2 K4
E
Eb
Cb
T
4
100
W/m2
物体表面光谱定向发射率等于该表面对同温 度黑体辐射的光谱定向吸收比。
, T , T
T T
T T
T T
无条件成立 漫射表面 灰表面 漫灰表面
2、在两块黑度为0.4的平行板之间插入一块黑 度为0.04的遮热板，当平行板表面的温度分 别为250℃和55℃时，试计算辐射换热量和 遮热板温度？并画出网络图。（不计导热和 对流
辐射总热阻： R 1.51 24 24 11.5 53
辐射换热量：
q1,2 b
T14 T24 53
5.67108 5234 3284
53
67.66
W/m2
q1,3 b
T14 T34 26.5
67.66
0 , 1
⑵ 对于不含颗粒的气体，整个气体容积：
0 , 1
2、黑体模型
吸收比为1的物体。
3、定向辐射强度
在某给定辐射方向上，单位时间内、单 位可见辐射面积、在单位立体角内所发射全
部波长的能量，用 I 表示。
4、光谱定向辐射强度
在波长 附近的单位波长间隔内的定
2、斯蒂芬-玻尔兹曼定律（Stefan-Boltzmann ）
Eb
0
Eb d
bT
4
W/m2
Eb
Cb
T 100
4
W/m2
b ——黑体辐射常数， b 5.67 108 W/ m2 K4
Cb ——黑体辐射系数， Cb 5.67
W/ m2 K4
E
Eb
Cb
T
4
100
W/m2
物体表面光谱定向发射率等于该表面对同温 度黑体辐射的光谱定向吸收比。
, T , T
T T
T T
T T
无条件成立 漫射表面 灰表面 漫灰表面
2、在两块黑度为0.4的平行板之间插入一块黑 度为0.04的遮热板，当平行板表面的温度分 别为250℃和55℃时，试计算辐射换热量和 遮热板温度？并画出网络图。（不计导热和 对流
辐射传热的计算
基本定律 ：1. 普朗克定律
2. 斯狄芬-玻耳兹曼定律（维恩位移定律）
3. 兰贝特定律
4.基尔霍夫定律
基本原理： 1.辐射换热的分析与计算（四大部分）
2.遮热板原理的分析与计算
5.67 (1T010
)4
( T2 100
1 1 1
)
4
B(T14
T24 )
1 2
1 2
有板3时，对稳态有： q1,2’=q1,3=q3,2；其中q1,3=B(T14-T34)
图11 遮热板
q3,2=B(T34-T24);而q1,3+q3,2=B(T14-T34)+B(T34-T24)=B(T14-T24)= q1,2
这些都是用减少发射率(吸收比)的方法来削弱换热的例子。
在实际工程应用中，多采用遮热板来减少辐射换热的方法。
所谓遮热板，是指插入两个辐射换热表面之间以削弱辐射 换热的薄板。
如图11所示
假设 1 2 3 只考虑单位面积
无板3时，
q1,2
(Eb1 Eb2 ) 1 1 1
A11 A1 X1,2 A2 2
2. 三灰表面间的辐射换热
应用电学中的基尔霍夫定律， 可列出节点的热流方程：
J1 :
Eb1 J1
1 1
J2
1
J1
J3
1
J1
0
1 A1
A1 X1,2 A1 X1,3
J2 :
Eb2 J 2
12
J1 J2 1
J3 J2 1
0
辐射能的百分数随之而异，从而
影响到换热量。
2. 斯狄芬-玻耳兹曼定律（维恩位移定律）
3. 兰贝特定律
4.基尔霍夫定律
基本原理： 1.辐射换热的分析与计算（四大部分）
2.遮热板原理的分析与计算
5.67 (1T010
)4
( T2 100
1 1 1
)
4
B(T14
T24 )
1 2
1 2
有板3时，对稳态有： q1,2’=q1,3=q3,2；其中q1,3=B(T14-T34)
图11 遮热板
q3,2=B(T34-T24);而q1,3+q3,2=B(T14-T34)+B(T34-T24)=B(T14-T24)= q1,2
这些都是用减少发射率(吸收比)的方法来削弱换热的例子。
在实际工程应用中，多采用遮热板来减少辐射换热的方法。
所谓遮热板，是指插入两个辐射换热表面之间以削弱辐射 换热的薄板。
如图11所示
假设 1 2 3 只考虑单位面积
无板3时，
q1,2
(Eb1 Eb2 ) 1 1 1
A11 A1 X1,2 A2 2
2. 三灰表面间的辐射换热
应用电学中的基尔霍夫定律， 可列出节点的热流方程：
J1 :
Eb1 J1
1 1
J2
1
J1
J3
1
J1
0
1 A1
A1 X1,2 A1 X1,3
J2 :
Eb2 J 2
12
J1 J2 1
J3 J2 1
0
辐射能的百分数随之而异，从而
影响到换热量。
第九章 辐射传热的计算
油气储运工程--- Oil & gas storage and transportation engineering
18
传热学
油气储运工程09级
油气储运工程--- Oil & gas storage and transportation engineering
19
传热学
油气储运工程09级
2、代数分析法
1、角系数的相对性
• 一个微元表面到另一个微元表面的角系数
X
dA1 , dA2
由dA1发出的落到dA2上的辐射能 Ib1 dA1 cos1 d 由dA1发出的辐射能 Eb1 dA1
E b1 I b1
Eb1 : 辐射力 I b1：定向辐射强度
dA2 cos 1 cos 2 X dA1 ,dA2 2 r
异，从而影响到换热量。
油气储运工程--- Oil & gas storage and transportation engineering
3
传热学
油气储运工程09级
一. 角系数的定义 角系数是进行辐射换热计算时空间热阻的 主要组成部分。 定义：把表面1发出的辐射能中落到表面2 上的百分数称为表面1对表面2的角系数， 记为X1,2。
油气储运工程--- Oil & gas storage and transportation engineering
2
传热学
油气储运工程09级
a图中两表面无限接近，相互间的换热量
最大；b图中两表面位于同一平面上，相互
间的辐射换热量为零。由图可以看出，两个
表面间的相对位置不同时，一个表面发出而
落到另一个表面上的辐射能的百分数随之而
18
传热学
油气储运工程09级
油气储运工程--- Oil & gas storage and transportation engineering
19
传热学
油气储运工程09级
2、代数分析法
1、角系数的相对性
• 一个微元表面到另一个微元表面的角系数
X
dA1 , dA2
由dA1发出的落到dA2上的辐射能 Ib1 dA1 cos1 d 由dA1发出的辐射能 Eb1 dA1
E b1 I b1
Eb1 : 辐射力 I b1：定向辐射强度
dA2 cos 1 cos 2 X dA1 ,dA2 2 r
异，从而影响到换热量。
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3
传热学
油气储运工程09级
一. 角系数的定义 角系数是进行辐射换热计算时空间热阻的 主要组成部分。 定义：把表面1发出的辐射能中落到表面2 上的百分数称为表面1对表面2的角系数， 记为X1,2。
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2
传热学
油气储运工程09级
a图中两表面无限接近，相互间的换热量
最大；b图中两表面位于同一平面上，相互
间的辐射换热量为零。由图可以看出，两个
表面间的相对位置不同时，一个表面发出而
落到另一个表面上的辐射能的百分数随之而
六节辐射传热
E1 A2E1
(1-A2) E1
E1 = E1 + (1-A1) E2 (a) E2 = E2 + (1-A2) E1 (b) 辐射传热量:
q 1-2 = E1 - E2 (W/m2)
E1 = E1 + (1-A1) E2 (a) E2 = E2 + (1-A2) E1 (b)
由(a),(b)两式可得:
E1
E1 A1
(1 - A1 ) E2 A2 A1A2
辐射传热速率:
q 1-2 = E1 - E2 (W/m2)
q
1-2
E1A2 - E2A1 A1 A2 A1A2
E2
E2 A1
(1 - A2 ) E1 A2 A1A2
又由
E
Eb
Co
T 4 100
和 A=
得:
q 1-2
1
Co 1
1流体K (T源自.02t3)ddiSdiuW cC0.8pccdpt
nWhCphdT）
平均推动力法
-NTU法
S
NTU KS WC P
返回
1.有一套管换热器长10m，管间用饱和蒸气加热，空气在一定 流量下由管内流过，温度可升至某指定温度。现将空气流量增加一 倍，并近似认为加热面壁温不变，问套管加热器需加长几米，气体 温度可达到原指定温度？假定空气在管内流动处于湍流状态，忽略 管壁热组。
5.在一新的套管式换热器中，冷却水在252.5mm的内管中流动，以冷凝环 隙间的某蒸气。当冷却水流速为0.4m/s和0.8m/s时，测得基于内管外表面的总传 热系数分别为Ko=1200W/m2.℃和Ko´=1700W/m2.℃ ，水在管内为湍流，管壁得 导热系数为45W/m. ℃，水流速改变后，可认为环隙间蒸气冷凝的传热系数不变。 试求：（1）当水流速为0.4m/s时，管壁对水的对流传热系数为多少？ （2）若操作一时期后，水流速仍保持为0.4m/s，但测得的K值比操作初期下降 10%，试分析原因，并说明此时蒸气的冷凝量是否也下降10%？
传热学第八章辐射换热的计算
02
辐射换热的计算方法
辐射换热的基本公式
斯蒂芬-玻尔兹曼方程
描述了物体在任意温度下的辐射功率，是辐射换热的基本公式。
辐射力方程
表示物体发射和吸收的辐射能与物体表面温度和周围环境温度之间 的关系。
辐射传递方程
表示在给定温度和光谱发射率下，物体表面发射和吸收的辐射能与 物体表面温度之间的关系。
辐射换热的角系数法
表面传热系数的计算方法
通过实验测定或经验公式计算表面传热系数， 需要考虑表面粗糙度和涂层的影响。
表面传热系数的应用
适用于简化模型或近似计算中的辐射换热计算。
辐射换热的积分方程法
积分方程的建立
根据斯蒂芬-玻尔兹曼方程和边界条件建立积分方程。
积分方程的求解方法
采用数值方法求解积分方程，如有限元法、有限差分 法等。
太阳能利用
通过优化太阳能集热器的设计，提高太阳能辐射的吸收和 转换效率，降低太阳能利用成本，有助于减少化石能源的 消耗和碳排放。
05
辐射换热的发展趋势与展 望
新型材料的辐射换热特性研究
总结词
随着科技的发展，新型材料不断涌现，对新型材料的辐射换热特性研究成为当 前热点。
详细描述
新型材料如碳纳米管、石墨烯等具有独特的物理和化学性质，其辐射换热特性 与传统材料有所不同。研究这些新型材料的辐射换热特性有助于发现新的传热 机制，提高传热效率。
感谢观看
THANKS
传热学第八章辐射 换热的计算
目 录
• 辐射换热的基本概念 • 辐射换热的计算方法 • 辐射换热的实际应用 • 辐射换热的优化与控制 • 辐射换热的发展趋势与展望
01
辐射换热的基本概念
定义与特性
定义
传热学课件第六章辐射换热计算
若表面1是非i1凹表面，则X1,1＝0，上式可写为
Φ1＝A1X1,2(Eb1-Eb2)＋A1X1,3(Eb1-Eb3)
= Eb1 Eb2 Eb1 Eb3
1
1
A1 X 1,2
A1 X 1,3
同理，可得到 表面2和表面3的净辐 射热流的计算式。
三个黑体表面之 间的辐射换热可用如 图所示的网络图表示。 J1=Eb1 , J2=Eb2, J3=Eb3
• （2） 角系数的完整性
• 对于由n个表面组成的封闭系统， 根据能量守恒定律，任何一个表面 发出的总辐射能必全部落到组成封 闭系统内的n个表面（包括该表面） 上。因此任一表面对各表面的角系 数之和为1。即
• Xi，1＋Xi，2＋…Xi，i＋…Xi，j
＋…Xi，n=1
（6-2）
• 这就是角系数的完整性Eb1A1 X1，2-Eb2A2 X2，1 （c）
• 若两表面温度相等，则净辐射热流Φ1，2＝0， 且Eb1＝Eb2，由式（c）可得
A1 X1，2＝A2 X2，1
（6-1）
这就是角系数的相互性。
• 由于角系数是纯几何量，与是否是黑体无关， 因此，式（6-1）也适用于其它表面。由上式 可见，已知一个角系数，可方便地利用角系 数的相互性求得另一个角系数。
二、角系数的性质
（1） 角系数的相互性
• 两个黑体表面间进行辐射换热时，表面1辐射到表 面2的辐射能为
•
Φ1→2＝Eb1A1 X1，2
（a）
表面2辐射到表面1的辐射能为
Φ2→1＝Eb2A2 X2，1 （b） • 由于两个表面都是黑体，落到表面上的辐射能被全
部吸收，所以两个黑体表面间的净辐射热流量为
第六章 辐射换热计算
例内 重 基 题容 点 本 赏精 难 要 析粹 点 求
传热学课件第六章辐射换热计算
X 1,3
A1 A3 A2 2 A1
X 2,1
A2
A1 A3 2 A2
X 2,3
A2
A3 A1 2 A2
X 3,1
A3 A1 A2 2 A3
X 3,2
A3
A2 2 A3
A1
3．查曲线图法
利用已知几何关系的角系数，确定
其它几何关系的角系数。 例：如图，确定X1,2 由相互垂直且具有公共边的长方形表面
• 若A2和A3的温度相等，则有
J2A2X2，1＋J2A3X3，1 =J2 A2+3X(2+3)，1 角系数的可加性
即 A2+3X(2+3)，1＝A2X2，1＋A3X3，1
利用角系数的可加性，应注意只有对角系数
符号中第二个角码是可加的。
• 三、角系数的确定方法
角系数的确定方法很多，从角系数的定义直 接求解法、查曲线图法、代数分析法和几何图形 法，这里主要介绍定义直求法和代数分析法。
一、表面辐射热阻
对于任一表面A，其本身辐射为E=ε Eb， 投射辐射为G，吸收的辐射能为α G。向外 界发出的辐射能为
J E G Eb 1 G （a）
因此，表面A的净热流密度为
q ＝ J－G
（b）
对于灰体表面α ＝ε ，联解（a）和（b），
消去G得
q
Eb J
1
第六章 辐射换热计算
例内 重 基 题容 点 本 赏精 难 要 析粹 点 求
基本要求
1.掌握角系数的意义、性质及确定方法。 2.掌握有效辐射的确定方法。 3.熟练掌握简单几何条件下透热介质漫灰
面间辐射换热的计算方法。 4.掌握遮热板的原理及其应用
11-4辐射换热的计算
对于灰体，表面 与外界的净换热量Q1为以放出为正： 1
Q1 J1 G1 A1
其中，G1
J1 1 Eb1 1 1
J1 1Eb1 Eb1 J1 热势差 Q1 J1 A1 1 1 1 1 表面热阻 1 A1
2013年1月18日星期五
华北电力大学能源与动力工程学院 工程热物理教研室
Heat transfer (3)角系数的计算
Q12 1 cos1 cos 2 1).积分法：利用式 X 12 dA1 dA2计算 2 E1 A1 A1 A1 A2 R
教材中给出了几种几何系统角系数的计算公式 也可查典型几何体系角系数的线图，并利用角系数的特性进行计算 2).代数法：利用角系数的定义及性质, 通过代数运算确定角系数。 图(a)、(b)：
n n
Ebi J i n J k J i 0 1 i k 1 1 A AX i i i ik
i 1 2， n ，3......
上式表明，在辐射换热网络 中，流向Ji点的热流量为0。N 个表面组成的封闭空腔有n个 节点，可列出n个方程，求出 n个未知数， J1、 J2、…… Jn， 从而求解换热网络。
1 1 Eb1 A 1 1
J1
1 A1 X 12
J2
1 2 2 A2 Eb 2
1 A1 X 13
J3
1 A2 X 23 1 3 3 A3
Eb 3
2013年1月18日星期五
华北电力大学能源与动力工程学院 工程热物理教研室
Heat transfer
几点说明：
①.对于不封闭的空间，向外界敞开的截面可以用假想表面来封闭， 并且常常可以处理成黑体表面。
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辐射传热角系数
辐射传热角系数是一个非常重要的理论参量，在工程实践中极为重要。它的表
示形式为α，也称为热对流传质角系数，用于衡量外界热量传入物体，物体散发
出去的热量穿过外部热界面的能量传输速率的大小。也可以用来估算发热表面的温
度变化。用它可以实现物体热能平衡，从而改善它在保温、制冷以及新能源系统中
的应用。
辐射传热角系数α通常受到表面反射、表面状态等因素的影响，这其中表面
反射可以有效地改变物体的表面温度，不仅提高传热效率，而且还可以延缓炉壁过
热的过程，有效地提高热损失。表面状态通常包括光滑度、表面颈角、表面材料以
及表面处理状态等，如果表面光滑度太低，会导致表面对热能量传播不足，从而影
响辐射传热角系数α的正常测量。
从传热学角度来看，辐射传热角系数α可以分为物体辐射角系数αs和热湿
空气辐射角系数αd。前者表示物体表面和气体之间的热能传递；后者表示采暖房
间气体间的热能传递。它们的比值β表示物体对热湿空气的对比度，且α>0，
αd>0，但是β会根据热对流传质的对比程度变化。
辐射传热角系数α的测量主要用于计算物体在外界热流作用下的表面温度和
发热量，从而为改善物体内部热能调节提供参考，更有利于维护热环境和节能减排。
当然，应该做好测量前的准备工作，以确保准确结果，它可以帮助科学家和工程师
们更好地把握热能转化、热环境控制以及新能源利用的规律，从而提高热能系统的
效率及实用价值。