传热学试题库含参考答案

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)。

计算角系数：

，对J1列节点方程

对J2列节点方程

其中

，

因而(1)，(2)式成为：

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解得：J1=2646.65W/m， J2=1815.4W/m

2

2

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。

2

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：

由上式可以看出，测温误差三、本章提要 1．角系数

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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。

角系数描述辐射表面之间的空间相对位置关系。对漫灰表面而言，在有效辐射均勾的前提下，角系数是一个纯粹的几何量，即与温度高低以及表面的辐射热物件参数没有任何关系。 角系数的定义式是建立在兰贝特定律基础上的。

微元面对有限面的角系数为定值，而有限面对有限面的角系数实际上具有积分平均的意义。 角系数有以下三个基本性质： 互换性：

完整性：分解性：

⑴发射面被分解： ⑵受射面被分解：

计算角系数的方法主要有：直接积分法、代数计算法、数值计算法、图线法和几何投影法等。工程计算多采用代数法和图线法。

2．由透热介质隔开的封闭腔中多个黑表向或漫灰表面的辐射换热

所计算的诸表面必须构成一个封闭空腔，若有敞口存在，应以虚拟表面将其封闭起来。网络分析法是求解黑表面及/或漫灰表面之间辐射热交换的一种十分有效的方法。两种网络单元，即空间热阻单元和表面热阻单元是组成任何辐射网络的基本“细胞”，它们分别等于：

，；

，

对于黑体，表面热阻等于零。而每一个灰表面则与一个表面热阻以及若干个空间热阻相连接。采用和求解直流电路网络类似的方法，可以求出各个灰表面的有效辐射，并进而求得各表面的净辐射热量。

封闭腔中的绝热表面，亦称为重辐射面，与体系之间没有净热量交换，但是它的存在却改变了其他表面之间的换热状况。从物理概念上讲，不可以把重辐射面等同于反射面。在辐射网络中，绝热面相应的表面热阻应略去。

面积相对非常大的表面，其表面热阻必定趋于无穷小，作为近似，在网络上也常常把它省略掉。但是必须注意区分这种省略和上述对重辐射面略掉表面热阻的本质差异。 3．气体辐射

非对称结构的多原于气体常有不可忽略的吸收和发射辐射的能力。它们具有和固体、液体不一

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样的两个基本特征：容积辐射、吸收以及辐射光谱的不连续光带式结构。

从全波长看，气体不是灰体。气体的发射率取决于气体的种类、温度、分压力和射线平均行程，而气体的吸收比则除了以上因素之外，还与发射一方的温度等有关。迄今求解这两个参数的方法仍带有很大的经验或半经验性质。

气体与黑体或者灰包壳之间的辐射换热计算在简化条件下进行，所得结果可以满足一般的工程需要。

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