热工基础习题集-传热学部分(6)

2019-05-24 21:23

它吸收太阳能最多,而辐射散热却为零。如它具有黑体性质并非最好,因它辐射散热也最大。对于采暖器,其表面温度不高,大部辐射能在长波范围内,用上述理想涂料,因它在长波范围内?(?)为零,即?(?)为零,反而阻碍了它辐射散热。

8-20 研究多个灰体间辐射传热时,为什么要先设法构成包括这些物体表面在内的封闭系统(不够是加假想面)?如这些物体都是黑体,也有这个必要吗?为什么?

答: 求多个灰体表面辐射时,用网络法求解各表面辐射传热量需先求各表面有效辐射,这是必须由基尔霍夫定律写出各节点(Ji)的节点方程。只有在封闭系统的情况下才能写出。而对于黑体辐射系统,Ji = Ebi是已知量,不必用上法求Ji,也就不必要求是封闭系统,详见例题8-14。

8-21 二平行大平板(T1>T2)间放一遮热板,遮热板两表面的发射率?A?2?B,试解释二平板间辐射传热量?1,3,2与遮热板的A面朝向板1还是A面朝向板2无关,而A面朝向板1时遮热板的温度最高。

答: 其辐射网络图见下,由于6个热阻串联,遮热板3的A面朝向1还是朝向2,仅使热阻

1??3B1??3A?3AA3和

?3BA3对调,总热阻未变,辐射热流量?1,3,2不变。但对调后,二热阻位置变动,Eb3将改变,

即板3的温度T3将改变。由于?3A??3B,

1??3A?3AA3<

1??3B?3BA3,所以A面向左时T3最高。

Eb1 J1 1??1J31 Eb3 J32 1??3BJ2 1A2X2,31??2Eb2 ?1 ?1A1 1A1X1,3 1??3A?3AA3 ?3BA3 ?2A2 ?2

8-22 图8-34b和图8-35b的形状差不多,J3=Eb3,都未画出物体3的表面热阻。试说明这两个图中J3=Eb3且均未画出物体3表面热阻的原因。 答: 图8-34(b)中3可被视为黑体,表面热阻

1??3?3A3为零,J3=Eb3,但节点3有热流量出来,图

中有一箭头向外,图8-35(b)中R为再辐射表面,表面热阻与不画对解题无影响,可以省略。

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1??R?RAR不为零,但其上无热流,画

8-23 据文献[11]第25页介绍,当柴油机气缸内辐射介质的几何尺寸无限大时,其发射率?g仍不等于1,而只有0.8左右。为什么?

答: 柴油机中介质为燃气,气体辐射有强烈的选择性,即使其厚度或平均射线行程无限大,对

某些波长的能量不能辐射,即对于某些波长?(?)=0,使其

????0?(?)Eb?d???0Eb?d??1。

8-24 某气体(如二氧化碳)的发射率为0.3。此花毛病何在?

答: 由?g?1?e?kps和图8-39以及图8-40可见,气体发射率不仅与气体种类、压力、温度

有关,还与气体形状和大小有关。确定的某种气体只说明了气体种类及体积分数,最多还有气体压力和温度,而未说明其形状和大小,这样无法了解气体的射线平行行程S,其发射率也无法确定。所以,不能笼统地讲某气体的发射率是多少。

8-25 由于工业迅猛发展,而环境保护又未跟上,工厂里向大气中排放的大量二氧化碳使大气层中CO2的含量剧增,形成了类似暖房的“温室效应”,使地球变暖。试以表8-3为依据解释CO2产生的这种温室效应。

答: 由表8-3可见,CO2的辐射和吸收光谱范围是2.64-2.84?m,4.01-4.80?m,12.50-16.50?m。它的存在。对太阳辐射影响不大,不起阻碍作用,但它阻碍了地球表面辐射出去的辐射能进入太空,起到了“温室效应”的作用,使地球变暖。

8-2 平行放置的两块钢板,温度分别保持500℃和20℃,发射率为0.8,钢板尺寸比二钢板间的距离大得多。求二板的辐射力、有效辐射、投射辐射、反射辐射以及它们之间的辐射传热量。

答:

E1??1Cb(T1100T2100)4?0.8?5.67w/(m2?K)(44500?27310020?273100K)K)44?16195w/m?334.3w/m22E2??2Cb()4?0.8?5.67w/(m2?K)(J1?E1?(1??1)G1?E1?(1??1)J2?E1?(1??1)[E2?(1??2)J1]?E1?(1??1)E2?(1??1)(1??2)J1 - 27 -

J1?E1?(1??1)E21?(1??1)(1??2)2?16195w/m2?(1?0.8)?334.3w/m21?(1?0.8)(1?0.8)?16939w/mJ2?E2?(1??2)G2?E2?(1??2)J1?(1?0.8)?334.3w/m22?E1?(1?0.8)?16939w/m2222?3722w/m2G1?J2?3722w/m,G2?J1?16939w/m(注意,一般情况下,E?1?J1?E1?16939w/mE?2?J2?E2?3722w/mq1,2?J1?J2?16939w/m

G1?J2)?16195w/m?334.3w/m?3722w/m2?744w/m22?3387.7w/m?13217w/m2222

8-9 求下列情况下的角系数X1,2:

(a)等腰三角形孔深300℃的底面1(长200mm)对200℃的腰侧面2(顶角25℃),见图8-50a; (b)半球空腔曲面1对底面的四分之一缺口2,见图8-50b;

(c)边长为a的正方体盒的内表面1对直径为a的内切球面2,见图8-50c; (d)二平行平面1、2,见图8-50d;

(e)无限长半圆柱曲面1对无限大平面2,见图8-50e; (f)二无限长方柱体,见图8-50f。 答: a)由对称性,?1?2??1?3?J1A12,?X1,2?0.5

(b)X2?3,1?1,X1,2?3?X2?3,1,A2?3A1?1??R222?R?0.5,由对称性,

X1,2?14X1,2?3?0.125

2 (c)X2,1?1,X1,2?XA22,1A1?1?4?R226(2R)??6 1 1 ’(d) 将表面1放大4倍与表面2一样大,如右图

ca?0.300.15?2,ba?2,查图得X'?0.41

2,1X2,1?14X2,1'?14?0.41?0.1025,X1,2?X2,1A2A1?0.1025?4?0.41

(e) 1和2在垂直于纸面方向为无限长,利用交叉线法求解

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X1,2????(ACE?BCD)?(AD?BE)2ACB2ACBAD无穷 远处 C2OB1无穷 远处 E(ACE?BE)?(BCD?AD)

(AC?OB)?(BC?AO)2ACBACB?AB)2ACB??R?2R2?R?0.5?1?

(f)解法一:

ca?cdcc'?1,ba??,Xdc,a'c'?0.410,414?0.1025e a 1 a d e' 2 d' a' a' c' X1,2?14(Xdc,a'c'?0?0?0)?X1,2??(abcd'e'a'?aedc'b'a')?(abcc'b'a'?aedd'c'a'b )2abacde2?0.4mc b' (0.05m?0.1m?0.141m?0.1m?0.05m)?2?(0.05m?0.1m?0.1m?0.1m?0.05m)?2?0.1025

式中3个0表示物体的另3个面对物体2的角系数。 解法二:用交叉线法

8-10 试求图8-51所示情况下的角系数X1,2和X2,1(不得利用数据表或图线): (a)长管道,见图8-51a;

(b) A2=2A1,A1为小球,A2为同心半球,见图8-51b; (c) 半圆形长管道,见图8-51c;

(d) 倾斜长平板(边B在表面1的中心面上),表面1宽200mm,B距表面1 100mm, 见图8-51d; (e) 放在无限大平板上的球1,见图8-51e;

(f) 半球面2与圆盘1的组合体,圆盘直径d与半球直径D之比为0.5,见图8-51f; (g) 半圆形槽表面1对环境,见图8-51g;

(h)矩形槽(高H、宽W,H=2W)1对环境,见图8-51h; (i)V形槽表面1(交角为 2?)对环境,见图8-51i。 答: (a) X1,2?1,X2,1?X1,2A1A2?1?2RL34?2?R?L?0.425

(b)由于对称性,X1,2?3?1,X1,2?X1,3?0.5,(3为与2对称的假想面)

?X1,2 X2,1A1A2?0.5?12?0.25

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(c)X1,2?1,X2,1?X1,2A1A2?1?2RL?RL?2??0.637

(d) 作辅助面3,X1,2?X1,3?1,由对称性,X1,2?X1,3?0.5,

X2,?X1,21A1A2?0.5?200L2?100L?0.707

A1A2?X1,2(e)作辅助面2’, X1,2?X1,2'?0.5,X2,1?0.5?0?0

?(f)X1,2?1,X2,1?X1,2A1A2?1?4dD2??224?0.5?0.125

22(g) X2,1?1,X1,2?X2,1A2A1?1?2L?2?0.637

2L(h)作辅助面2,X2,1?1,X1,2?X2,1A2A1?1?WL(2H?W)L?W2?2W?W?0.2

(i)X2,1?1,X1,2?X2,1A2A1?1?(2?WLW2/Sin?)L?Sin?

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