(3)计算角系数及辐射热阻。
(4)根据类似于电学中的基尔霍夫定律列出节点方程。注意对重辐射面来说，由于其没有源热势，常常可以省去一个节点方程。 (5)求解有效辐射J及辐射换热量。?i???i,jj?1N此式表明，表面i的净辐射散热量等于表面i与其余各表面间辐射散热量之和。如果
用一辐射热流计来测量表面i的热流，则该热流计上显示的是Φi，而不是Φi，j。
2有效辐射J 有效辐射是辐射换热计算中的重要概念，它等于表面的自身辐射和反射辐射之和。应注意：表面的有效辐射J并不总是小于该表面温度对应的黑体辐射力Eb，它取决于该表面与外界辐射热流正负。
3重辐射面和黑体的区别 应充分理解重辐射面和黑体的不同，虽然表面上看二者均有J＝Eb。对重辐射面来说，J＝Eb是一个浮动的热势，它与其他表面的有效辐射及空间热阻有关。而对黑体表面来说，J＝Eb是源热势，不依赖于其他表面的有效辐射及空间热阻。二者在网络图上亦有区别。
4．辐射换热计算的要求 我们所讨论的辐射换热计算是基于如下前提的： (1)封闭腔模型； (2)稳态换热；
(3)所有表面不透明，但表面却被透热介质所隔开； (4)表面具有漫、灰性质；
(5)每一表面的有效辐射J是均匀的。考虑到 从而要求Eb(即温度均匀)、ε(表面发射性质)、G(投入辐射)应均匀。 (6)不计对流换热。
三、辐射换热的强化与削弱 遮热板原理及其应用； 四、气体辐射特点及其应用 气体辐射及太阳辐射特点
气体辐射具有对波长的选择性，容积性及不同气体辐射本领不同等特点。CO2，H2O气等气体的特点，解释温室效应等生活及工程实际中的传热现象。 一、填空题
1、角系数的大小取决于物体的三个因素，即：_几何形状_、_表面面积_和相对位置。 2、确定角系数的方法主要有_代数法_和_积分法_。
3、用代数确定角系数，是依靠物体间辐射换热的_相对性 ；完整性；和可加性三个原理。 4、组成辐射换热网络的热阻有表面热阻和空间热阻.它们的表达式各为
1??1和。 ?AX1,2?A15、两无限大平壁平行放置时，角系数为X1，2=_1_；空腔2与内包小凸物1之间的角系数为X2,1=
A1A2。
6、对灰表面，其表面有效辐射等于_本身辐射_与__反射辐射__之和。
7、在两块无限大平行平板之间加入n块遮热板，当它们发射率相同时，平行平板之间的辐射换热量将减少为原来的1/(n+1)。 8、气体的辐射和吸收对波长具有_选择性_。
9、气体吸收定律说明单色辐射在吸收性介质中传播时是_指数减弱_规律。
10、气体辐射和固体辐射相比，通常固体表面的辐射及吸收光谱是连续的，而气体的辐射和吸收是_间断的_的，即气体只能辐射和吸收某一定__波长_范围内的能量。
11、气体辐射和固体辐射相比，固体辐射和吸收是在很薄的_表面_层进行，而气体的辐射和吸收则是在_整个气体容积_中进行。 12、单色辐射减弱系数Kλ是与气体的性质、_压力_、_温度_及_射线波长_有关。 13、确定气体发射率时， 气体容积的射线平均行程S=_c·4V/A__。 二、名词解释
1、空间热阻： 2、角系数3、表面热阻：4、有效辐射：5、气体辐射射线平均行程： 三、问答题
1、试写出任意放置的两“漫──灰表面”间的辐射换热量计算公式，并绘出辐射网络图。
答：辐射换热量计算公式为： W；辐射网络图为： 2、试写出任意两黑体表面间的辐射换热量计算公式及绘出其辐射网络图。 3、用代数法确定角系数都有哪几个原则？
答：(1)凸表面或平表面；(2)组成封闭体系；(3)根据辐射换热的互换性、完整性、分解性。
4、某地初冬时节， 最低气温出现在凌晨2-4点， 但未达到0℃， 某农民早晨6点到地势较高而又大又平坦的菜地去， 观察到菜叶朝天空一面结有薄薄一层冰霜， 他就说今天将会是晴朗的好天气. 试从传热的辐射的观点，分析气温高于0℃为什么仍能结冰霜？ 为什么将会是晴朗天气？
答：初冬季节菜叶传热过程，热平衡式为：其中菜叶外表面与天空间的辐射换热菜叶外表面与室外空气间的对流换热
?R??A?b?Tw42?Tt4???A?bTw42????C??R ①
②
?C?hA?tf?tw2? ③
21
菜叶内外表面间的导热(基本可忽略不计) ???菜叶外表面结霜表明tw2<0℃。
tw1?tw2 ④ R?⑴晴天时，天空云量少，透射率高，使得菜叶外表面与天空间的辐射换热ΦR较大，根据式①-④，tw较容易低于0℃，使菜叶外表面结霜。
⑵根据式①-④，可以看出即使室外空气温度tf高于0℃，tw同样可低于0℃，使菜叶外表面结霜。 5、什么是有效辐射？ 它是由哪些辐射项目组成的？ 6、气体辐射有什么特点？
答：⑴不同气体有着不同的辐射及吸收特性，即只有部分气体具有辐射及吸收能力；⑵具有辐射及吸收性气体对波长具有选择性，如CO2、H2O都各有三个光带──光谱不连续。⑶辐射与吸收在整个容积中进行。 7、简述布格尔气体吸收定律。
答：气体的辐射和吸收具有明显的选择性， 且其辐射和吸收是在整个气体容积中进行。 若气体能辐射和吸收某一定波长范围光带时， 当该光带中的热射线穿过气体层时， 射线能量沿途被吸收而不断减弱。 经气体层厚度S (或称“射线行程”)后强度减弱为：。
上式就是布格尔气体吸收定律， 它表明单色辐射强度穿过气体层是按指数规律减弱的。其中 Iλθ为进入的单色辐射强度， Kλ为单位距离内辐射强度减弱百分数，称单色减弱系数，与气体的性质、压力、温度及射线波长有关。应当指出， 此定律只是从气体吸收的方面来看辐射强度的变化， 而没有计及气体本身的辐射能力。
8、太阳能集热器吸热表面选用具有什么性质的材料为宜？ 为什么？
答：太阳能集热器是用来吸收太阳辐射能的，因而其表面应能最大限度地吸收投射来的太阳辐射能，同时又保证得到的热量尽少地散失，即表面尽可能少的向外辐射能。但太阳辐射是高温辐射， 辐射能量主要集中于短波光谱(如可见光)，集热器本身是低温辐射，辐射能量主要集中于长波光谱范围(如红外线)。所以集热器表面应选择具备对短波吸收率很高，而对长波发射(吸收)率极低这样性质的材料。
2
9、到达地球大气层外缘并与射线垂直的单位面积上的太阳辐射能量为1353W/m，称为太阳常数，但实际到达地球表面的太阳辐射能仅只有太阳常数的60-80％，这是为什么？
答：因为太阳辐射穿过大气层时，大气层对太阳辐射有吸收、散射、反射作用，因而太阳辐射受到了减弱，故到达地表时辐射能小了，大气减弱作用分为：
⑴大气层的吸收作用：大气层中含有的H2O、CO2、O2、O3对太阳辐射能选择性地吸收，大气层中含有的尘埃和污染物也有吸收作用； ⑵大气层的散射作用：太阳辐射遇到大气层中含有的空气分子和微小尘埃会产生散射；
⑶大气层的反射作用：太阳辐射遇到大气层中的云层和较大的尘埃就会反射， 把部分反射回宇宙空间出了。 10、根据基尔霍夫定律，气体单色发射率和单色吸收率有什么？
答：因为气体辐射和吸收有明显的选择性，其ε
λ
；能否把气体当做灰体处理，而存在有εg=αg？为
λ
=f（λ）≠常数，α=F（λ）≠常数，它不具有远离发射率和吸收率不随波长而变
的灰体性质，一般不能当作灰体处理，因而不存在εg=αg (除非进入气体的是黑体辐射且处于温度平衡)。 11、燃料燃烧生成的火焰分成哪几种类型？各具什么辐射特征？ 答：随着燃料种类和燃烧方式的不同，燃烧生成的火焰分为：
⑴不发光火焰──主要是燃烧产物中CO2、H2O气体辐射， 类似于气体辐射； ⑵半发光火焰──除燃烧产物中CO2、H2O气体辐射外， 还有焦碳粒子的辐射；
⑶发光火焰──主要是燃气产物中含有大量烃类热分解物， 即炽热的碳黑微粒的辐射， 类似于固体辐射 12、简述辐射换热封闭空腔网络法。
答：求解辐射换热问题时与电学中的欧姆定律相比拟，得出一个封闭空腔网络法。 由任意放置的两黑体表面间的辐射换热公式：
?Eb1?Eb2?，式中(Eb1-Eb2)相当于电位差，
1X1,2A1，式中(Eb1-Eb2)相当于电位差，
1X1,2A1相当于电阻，叫空间热阻；
又由灰表面间的某表面净辐射换热公式：?1??Eb1?J1??1??1??1A11??1相当于电阻，叫表面热阻。 ?1A1具体步骤为：首先所有表面必须形成封闭系统，再绘制热阻网络图，其具体方法为：
⑴每一个物体表面为1个节点（该物体表面应具有相同的温度和表面辐射吸收特性），其热势为有效辐射Ji； ⑵每两个表面间连接一个相应的空间热阻；
⑶每个表面与接地间连接一个表面热阻和“电池”（黑体辐射力Eb）；
⑷若某角系数为0，即空间热阻→∞，则相应两个表面间可以断开，不连接空间热阻； ⑸若某表面绝热，则其为浮动热势，不与接地相连。
13、黑体表面与重辐射面相比，均有J=Eb。这是否意味着黑体表面与重辐射面具有相同的性质？
答：虽然黑体表面与重辐射面均具有J=Eb的特点，但二者具有不同的性质。黑体表面的温度不依赖于其他参与辐射的表面，相当于源热势。而重辐射面的温度则是浮动的，取决于参与辐射的其他表面。
14、如图所示，两漫灰同心圆球壳之间插入一同心辐射遮热球壳，试问遮热球壳靠近外球壳还是靠近内球壳时，球壳1和球壳2表面之间的辐射散热量越大?
答：插入辐射遮热球壳后，该辐射换热系统的辐射网络图如图所示。
22
显然，图中热阻R1，R2，R5，R6在遮热球壳直径发生变化时保持不变，但R3＝R4＝壳靠近外球壳即半径越大时辐射散热量越大。 15、气体辐射有什么特点?
1??3随遮热球壳半径的增加而减小。因此，遮热球?3A3答：1）不同气体有着不同的辐射及吸收特性，即只有部分气体具有辐射及吸收能力；2）具有辐射及吸收性气体对波长具有选择性， 如CO2、H2O都各有三个光带─光谱不连续。3）辐射与吸收在整个容积中进行。 定量计算
包括：角系数的计算；漫灰表面封闭辐射系统的换热计算；多漫灰表面(主要是三表面)封闭辐射系统的换热计算等。
1、求如图所示空腔内壁面2对开口1的角系数。(习题9-29) 解：利用角系数的互换性和完整性即可求出。 由于壁面2为凹表面，X2,2由角系数的互换性
?0，所以X2,1?1，但X1,2?1，
A1X1,2A2?A1。 A2A1X1,2?A2X2,1得：X2,1?2、两块平行放置的平板的表面发射宰均为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的本身辐射；(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：由于两板间距极小，可视为两无限大平壁间的辐射换热，辐射热阻网络如图。
根据，得：
⑴板1的本身辐射
⑵对板1的投入辐射即为板2的有效辐射，J2
m2⑶板1的反射辐射Gp1??1J2?J1?Eb1?19430.1?18579.5?850.6W⑷板1的有效辐射J1⑸板2的有效辐射J2?4253.4W
m2
?19430.1W?4253.4Wm2
⑹板1、2间的辐射换热量q1,2m2?15176.7Wm2
23
. m的平行同轴圆盘相距01. m，两盘置于墙壁温度33、两个直径为04大房间内，一圆盘1、1，
另一圆盘绝热。若两圆盘的背面均不参与换热，试确定绝热圆盘的表面温度及等温圆盘表面的辐射热流密度。已知同轴圆盘之间的角
系数
T?300 KT?500 K??0.6X1,2?0.62。
解：这是三个表面组成封闭系的辐射换热问题，表面1为漫灰表面，表面2为绝热表面，表面3相当于黑体。如图(a)所示。辐射网络图见图(b)。
E b 1 R 1 J 1 R 13 J E 3 ??b 3 R 12 R 23 J E 2 ??b 2 计算角系数：
X1,2?0.62，X2,3?X1,3?1?X1,2?0.38
d2??0.42A1?A2????0.1256 m2，A3??dl??*0.4*0.1?0.1257m2
44对J1列节点方程（1）
对J2列节点方程（2）其中
R1?1?0.6?5.3 m?2，
0.6A1R1?1?0.6?5.3 m?2
0.6A1R1?1?0.6?5.3 m?2
0.6A1因而(1)，(2)式成为：
解得：J1=2646.65W/m， J2=1815.4W/m
22
因此
等温圆盘1的表面辐射热流：
4、用热电偶来测量管内流动着的热空气温度，如图。热电偶测得温度t1=400℃，管壁由于散热测得温度t2＝350℃，热电偶头部和管
2
壁的发射率分别为0.8和0.7。从气流到热电偶头部的对流表面传热系数为35W/(m·K)。试计算由于热电偶头部和管壁间的辐射换热而引起的测温误差，此时气流的真实温度应为多少?讨论此测温误差和换热系数的关系，此测温误差和热电偶头部发射率的关系。 解：热电偶头部的能量平衡式为：，
其中热电偶头部与管壁的辐射换热为空腔与内包壁的辐射换热，并忽略热电偶丝的导热。 气流的真实温度为：
24
由上式可以看出，测温误差与换热系数成正比，与热电偶头部辐射率成反比。即为减少测温误差，应强化热电偶头部与热气流间的对流换热，削弱与管壁间辐射换热。
第十章、传热过程
主要包括：复合换热及传热过程、热阻分析
用热电偶测量炉膛出口的烟气温度，有哪些因素会引起误差?对此可采取哪些措施?
1、一所平顶屋，屋面材料厚δ＝0.2m，导热系数λw=0.6W/(m·K)，屋面两侧的材料发射率ε均为0.9。冬初，室内温度维持tf1＝18℃，室内四周墙壁亦为18℃，且它的面积远大于顶棚面积。天空有效辐射温度为-60℃。室内顶棚表面对流表面传热系数h1＝
22
0.529W/(m·K)，屋顶对流表面传热系数h2=21.1W/(m·K)，问当室外气温降到多少度时，屋面即开始结霜(tw2＝0℃)，此时室内顶棚温度为多少?此题是否可算出复合换热表面传热系数及其传热系数? 解：⑴求室内顶棚温度tw1
稳态时由热平衡，应有如下关系式成立：室内复合换热量Φ’=导热量Φ=室内复合换热量Φ”
；
因Φ’=Φ，且结霜时℃，可得：，
即
⑵求室外气温tf2
因Φ”=Φ，可得：
解得：℃。
，
即：
⑶注意到传热方向，可以求出复合换热系数hf1、hf2 依据
依据
，得
，得
℃
⑷求传热系数K 一、填空题
1、 增强传热的基本途径有：⑴扩展传热面积；⑵加大传热温差△t；⑶提高传热系数K。 2、 增强传热的方法有：⑴改变流体的流动情况；⑵改变流体的物性;⑶改变换热表面情况。
3、 用增加流速的方法可以增强传热，这是因为增加流速可以改变_流动状态_，提高_稳流脉动程度_。
4、 为了强化传热，可以改变流体的流动情况来达到，具体措施有下列几种：⑴增加流速；⑵加插入物；⑶加旋转流动装置；⑷依靠外来能量作用。
5、 为了强化传热，可以改变流体物性来达到，具体措施有下列几种：⑴_气流中加入少量固体细粒_；⑵_液体中加入固体细粒_；⑶在蒸汽或气体中喷入液滴；⑷液体中加入少量液体添加剂。
6、 为了强化传热，可以改变换热表面的情况来达到，具体措施有下列几种：⑴_增加表面粗糙度_；⑵_改变换热面形状和大小；⑶改进表面结构；⑷表面涂层;
7、 肋片效率的定义式ηf=肋片实际散热量Φ/肋片表面都处于肋基温度时的理想散热量Φ0。 8、 肋化系数β=肋壁的表面积A2/光壁面的表面积A1_。
9、 当壁面两侧流体的换热系数相差悬殊时，在换热系数小的一侧加肋是_增强传热_的重要手段；如若换热系数小的一侧又是高温流体，则在换热系数大的一侧加肋是_降低壁温_的一种手段。
10、 换热设备中，流体介质的流速增加，可强化换热，但同时_流动阻力_也增加，这是不利因素。
25
11、 换热设备的传热系数，如果两侧均是气体，其传热系数K较小，如果两侧均是水，其传热系数K_较大_，如果一侧是水，另一侧是蒸汽凝结，其传热系数K_更大_。
12、 所谓削弱传热主要是采取_隔热保温_措施，以达到减少热损失，节能的目的。
13、 加大传热温差Δt，可以增强传热，但会使整个热力系统的_____不可逆性______增加，降低了热力系统的可用能。 二、选择题
1、在秋末初冬的早晨，观察房顶外表面时，看到有些屋顶挂白霜而有些则不挂霜，人们据此可以判断_(a)_成立。 (a)挂霜的屋顶传热热阻大；(b)挂霜的屋顶传热热阻小；(c)两者传热热阻相同。
2、水在水平园管内强迫流动，而管外是空气自然对流，为强化传热应把肋片安装在_(b)_。 (a)园管内表面；(b)园管外表面；(c)园管内表面及外表面。
3、管外热烟气加热管内_(a)_的传热系数，在一般情况下比较大。 (a)水流；(b)空气流；(c)烟气流。 名词解释
1、复合换热：对于壁面与气体和周围环境之间的换热过程,除对流换热而外,还存在辐射换热,这种过程称为复合换热。 2、辐射换热系数：为了使计算公式简化,把复合换热过程中的辐射换热量化成相当的对流换热量的形式处理,该相当的折算对流换热系数即称之为辐射换热系数hR。 四、问答题
1、 说明肋壁总效率η定义，并导出其计算公式。
答：如图所示。肋壁总效率定义为整个肋壁实际传热量与假定整个肋壁面均处于tw2时的理想传热量之比。 按照传热基本关系式，实际传热量为：
根据肋片效率定义存在：而理想传热量为
，因此：
。
则肋壁总效率定义式为：。由此也可得：。 2、 为简化工程计算，将实际的复合换热突出一个主要矛盾来反映，将其次要因素加以适当考虑或忽略掉，试简述多孔建筑材料导热；房屋外墙内表面的总换热系数，锅炉炉膛高温烟气与水冷壁之间的换热等三种具体情况的主次矛盾。
答：⑴通过多孔建筑物材料的导热,孔隙内虽有对流和辐射,但导热是主要的,所以热量传递按导热过程进行计算,孔隙中的对流和辐射的因素在导热系数中加以考虑。⑵房屋外墙内表面的总换热系数是考虑了对流和辐射两因素的复合,两者所起作用相当,因对流换热计算简便,将辐射的因素折算在对流换热系数中较方便些。⑶锅炉炉膛高温烟气与水冷壁之间的换热,由于火焰温度高达1000℃以上,辐射换热量很大,而炉膛烟气流速很小,对流换热相对较小,所以一般忽略对流换热部分,而把火焰与水冷壁之间的换热按辐射换热计算。 3、 肋片间距的大小对肋壁的换热有何影响？
答：当肋片间距减小时,肋片的数量增多,肋壁的表面积相应地增大,故肋化系数β值增大,这对减小热阻有利;此外适当减小肋片间距可以增强肋片间流体的扰动,使换热系数h相应提高。但是减小肋片的间距是有限的,一般肋片的间距不小于边界层厚度的两倍,以免肋片间流体的温度升高,降低了传热的温差。
4、 为什么必须在换热系数较小的一侧加肋才能起增强传热的作用？
答(1)：当传热壁两侧的换热系数h相差悬殊时,其主要热阻是h小的一侧的换热热阻,欲通过加肋增强传热,就必须将肋加在h小的一侧,以求通过增大其换热面积使该主要热阻1/hA减小,才能起增强传热的作用。反之,若将肋加在h大的一侧,将收效甚微。 答(2)：传热系数K在忽略金属壁热阻后可写成k?11?1h1h2?h1h2，当h1?h2时，增大较小的h2对增大K值有利，如果在较
h1?h211h1?1h2?，此时在加肋一
小h2一侧不可能再增加时，可以在该侧加肋以扩展h2侧的换热表面积，令肋化系数β=F2/F1，则k?侧的换热热阻1将比原来未加肋时的换热热阻1要小，故使K值增大。
h2?h25、 如何考虑肋片高度l对肋壁传热的影响？
答:肋高l的影响必须同时考虑它对肋片效率ηf和肋化系数β两因素的作用。肋片效率ηf=th(ml)/ml, ηf先随l增加而增大,当f反而降低,但l增加,肋壁面积增大,即肋化系数β增大,故应选取一合理l值,以使1/(hηfβ)达一最低值,从
而获得最有利的以光壁面面积为计算基准的传热系数K1值,以达到增强传热的目的。 6、 简要分析肋片间距对肋壁传热的影响。
答:当肋片间距适当减小时,肋片的数量增多,肋壁的表面积相应的增大,故β值增大,同时可增强肋片间流体的扰动,使h提高,对减小热阻有利,故可增强传热。但减小肋片的间距是有限度的,一般不得小于流动边界层厚度的二倍,以免肋片间形成滞流区,h降低致使K值下降,同时肋间流体温度升高,降低了传热温差,对传热不利。
l增加到一定程度η
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