第三章辐射传热一、名词解释1．热辐射：由于物体内部微观粒子的热运动状态改变，而将部分内能转换成电磁波的能量发射出去的过程。2．吸收比：投射到物体表面的热辐射中被物体所吸收的比例。3．反射比：投射到物体表面的热辐射中被物体表面所反射的比例。4．穿透比：投射到物体表面的热辐射中穿透物体的比例。5．黑体：吸收比α 1的物体。6．白体：反射比ρl的物体漫射表面7．透明体：透射比η 1的物体8．灰体：光谱吸收比与波长无关的理想物体。9．黑度：实际物体的辐射力与同温度下黑体辐射力的比值，即物体发射能力接近黑体的程度。10．辐射力：单位时间内物体的单位辐射面积向外界半球空间发射的全部波长的辐射能。11．漫反射表面：如果不论外界辐射是以一束射线沿某一方向投入还是从整个半球空间均匀投入，物体表面在半球空间范围内各方向上都有均匀的反射辐射度Lr，则该表面称为漫反射表面。12．角系数：从表面1发出的辐射能直接落到表面2上的百分数。13．有效辐射：单位时间内从单位面积离开的总辐射能，即发射辐射和反射辐射之和。14．投入辐射：单位时间内投射到单位面积上的总辐射能。15．定向辐射度：单位时间内，单位可见辐射面积在某一方向p的单位立体角内所发出的总辐射能发射辐射和反射辐射，称为在该方向的定向辐射度。16．漫射表面：如该表面既是漫发射表面，又是漫反射表面，则该表面称为漫射表面。17．定向辐射力：单位辐射面积在单位时间内向某一方向单位立体角内发射的辐射能。18．表面辐射热阻：由表面的辐射特性所引起的热阻。19．遮热板：在两个辐射传热表面之间插入一块或多块薄板以削弱辐射传热。20．重辐射面：辐射传热系统中表面温度未定而净辐射传热量为零的表面。二、填空题1．热辐射是由于产生的电磁波辐射。热辐射波长的单位是，在工业范围内，热辐射的波段主要集中于区段。热的原因，μm，红外2．太阳与地球间的热量
内能与什么有关传递属于传热方式。辐射3．黑体是指的物体，白体是指的物体，透明体是指的物体。灰体是的物体。（吸收比为0，反射比为0，投射比为0，光谱吸收比与波长无关的）4．基尔霍夫定律表明，善于辐射的物体也善于，在同温度下，黑体具有的辐射力，实际物体的吸收率永远1。（吸收，最大，小于）5．有效辐射是之和。（发射辐射和反射辐射）6．一个由两个表面所构成的封闭系统中，若已知A10.5A2X120.6，则X21 。（0.3）7．将任意形状气体的辐射折合成一个假想的当量半球，半球内气体与所研究的气体具有，球内气体对球心的辐射效果等于，该当量半球的半径称为。相同的温度、压力和成份，所研究的气体对指定地点的辐射，平均射线行程8．物体的光谱辐射力与同温度下之比，称为物体的光谱发射率。黑体的光谱辐射力9．角系数具有、、的特性。（相对性、完整性、分解性）10．表面辐射热阻应用于辐射传热计算，其值可用数学式表示为。（灰漫表面或灰表面即可，A1）11．气体辐射具有2个特点：①；②。（气体的辐射和吸收对波长具有明显的选择性，气体的辐射和吸收在整个容积中进行）12．基尔霍夫定律指出了物体的与之间的关系。（辐射力，吸收碧）13．辐射传热的空间热阻主要与有关。（两个表面之间的角系数及辐射换热面积）14．辐射减弱系数是指射线经过单位长度时的能量与的能量之比。（被气体所吸收，投射）15．辐射传热的表面热阻主要与有关。（表面黑度和辐射换热面积）16．普朗克定律揭示了黑体光谱辐射力按变化的分布规律。（波长与热力学温度）17．热辐射能量投射到物体表面上时，占投入辐射的百分比称为投射比。（穿透物体的辐射能）18．在热平衡条件下，任
何物体对黑体辐射的吸收比恒等于。（同温度下该物体的黑度）19．角系数相对性用公式可写成。（A1X12 A2X21）20．增强或削弱辐射传热的原则是改变和。系统黑度，温度条件三、选择题1．有一个由六个平面组成的六边形长通道，其内表面分别以l、2、3、4、5、6表示，已知角系数X12＝0.1、X14＝0.25，X15＝0.25，X16＝0.12，则X13为：10．35 20．72 30．37 4028 2．一金属块的表面发射率为0．4，温度为227℃，它的表面热辐射力是多少若表面氧化后发射率变成0.9，其表面热辐射力将如何改变11417.5Wm2 21417.5W／m2，将减小360.22W／m2，将增大460.22W／m2，将减小3．影响物体表面黑度的主要因素是：1 2表面温度、表面状况、辐射强度3物质种类、表面温度、表面颜4表面颜、表面温度、表面光洁度4．在两块平行的黑度相同的大平板之间插入一块同样黑度的遮热板后，两平板之间的辐射传热量与未加遮热板时相比减少了：10.2倍20.5 32倍43倍5．对于边长为15m的立方体内的气体辐射，气体对整个包壁辐射的平均射线行程等于：115m 27.5m 39m （4）4.5m 6．在同温度条件下的全波谱辐射和吸收，下列哪种说法是正确的1 （2）物体的吸收比越大其反射比越大（3）物体的吸收比越大其黑度越小（4）物体的吸收比越大其辐射透射比越大7．下列哪个定律可用来计算黑体光谱辐射力1斯蒂芬—波尔兹曼定律2基尔霍夫定律3斯蒂芬公式 4 8．单位时间内离开单位表面积的总辐射能称为什么1 2辐射力3辐射强度4反射辐射9．由炉膛火焰向水冷壁传热的主要方式是：1 2热对流3导热4都不是10．将保温瓶的双层玻璃中间抽成真空，其目的是什么1减少导热2减少对流传热3减少对流与辐射传热4 11．在保温瓶内胆上镀银的目的是什么1削弱导热传热2 3削弱对流传热4同时削弱导热、对流与辐射传热12．有一个由两个圆筒表面组成的环形长通道，其外筒的内径是d1，内筒的外径是d2，且d1/d22，问角系数X12
与X21，分别为多少1X120.5X21l 2X12＝0.25，X21＝0.5 3X12＝1，X210.25 4X12＝0.5，X21＝0.25 13．物体能够发射热辐射的最基本条件是下述哪一个10K 2具有传播介质3真空状态4表面较黑14．下述哪种气体可以看作热辐射透明体η＝l的气体1二氧化碳 2 3水蒸气4二氧化硫气体15．下列各种辐射中哪种辐射的光谱不能看作是连续的1灰体辐射2黑体辐射3发光火焰辐射4 16．烟道中有一支热电偶，热电偶黑度ε1与烟道内壁面黑度ε2辐射传热的系统黑度εs表达式应为下述哪一个11 2ε1 3121111 40 17、某一封闭系统只有l、2两个表面，A12A2，Xl2＝0．25，则X21及X22各为多少1X2，1＝0．5，X2，2＝0．25 2X21＝0．25，X22＝0．5 3X2l05X2205 4X21＝0．25，X22＝0．75 18、下述关于辐射传热的表面热阻的表达方式中正确的是哪一个1 2111XA 21A 3 11121?? 4A1 19、公式4100TEb（其中C05.67W/m2K4）是什么定律的表达式？其中Eb指的是什么 1 基尔霍夫定律，黑体辐射力2 3 普朗克定律，光谱辐射力 4 四次方定律，背景辐射力20、一般不能将气体当作灰体处理的原因是什么 1 因为气体含灰2 因为气体辐射在整个容积中进行3 4 因为气体的辐射能
力很弱，可以看作热辐射的透明体19．能够全部吸收各种波长辐射能的理想物体称为。1（2）白体（3）灰体（4）透明体20．单位时间内离开表面单位面积的总辐射能被定义为。（1）投入辐射（2）吸收辐射3（4）反射辐射21．对于气体来说，吸收能力差的物体能力。1反射，差（2）反射，好（3）穿透，差4 22．黑体的绝对温度之比为3，则其辐射力之比为（1）1 （2）3 （3）9 481 23．黑度分
别为0．3和0．8相距甚近的两块大平行平板之间进行辐射传热，试问当其间设置黑度为0．04的磨光铝制遮热板后，传热量减小为原来传热量的百分比最接近于下列那数？15 （2）10 （3）15 （4）20 24．对于固体和液体来说，吸收能力大的物体能力。1（2）反射，好（3）穿透，差（4）穿透，好28．描述黑体表面辐射能量按空间方向的分布规律称为1普朗克定律2 （3）斯帝芬-玻尔兹曼定律（4）基尔霍夫定律29．描述黑体的光谱辐射力与波长和绝对温度之间的函数关系称为。1 （2）维恩定律（3）斯帝芬-玻尔兹曼定律（4）基尔霍夫定律30．下列哪个属于表面辐射热阻？11/（AX）21-ε/ε （3）δ/（λA）（4）1/ （αA ）31．一般工程上所用的管道，当L/d 时，可以不考虑入口效应的影响。120 （2）30 （3）40 （4 四、简答题1．试用所学的传热学知识说明用热电偶测量高温气体温度时，产生测量误差的原因有哪些可以采取什么措施来减小测量误差（提示：用热电偶测温时同时存在气流对热电偶换热和热电偶向四壁的散热两种情况，热电偶的读数小于气流的实际温度产生误差。所以，引起误差的因素：①烟气与热电偶间的复合换热小；②热电偶与炉膛内壁问的辐射换热大。减小误差的措施：①减小烟气与热电偶间的换热热阻，如抽气等；②增加热电偶与炉膛间的辐射热阻，如加遮热板；②设计出计算误差的程序或装置，进行误差补偿。）2．试用传热原理说明冬天可以用玻璃温室种植热带植物的原理。（提示：可以从可见光、红外线的特性和玻璃的透射比来加以阐述。玻璃在日光短波辐射下是一种透明体，透过率在90％以上，使绝大部分阳光可以透过玻璃将温室内物体和空气升温。室内物体所发出的辐射是一种长波辐射——红外线，对于长波辐射玻璃的透过串接近于零，几乎是不透明透热的，因此，室内物体升温后所发出的热辐射被玻璃挡在室内不能穿过。玻璃的
这种辐射特性，使室内温度不断升高。）3．试分析遮热板的原理及其在削弱辐射传热中的作用。（提示：可从遮热板能增加系统热阻角度加以说明。1在辐射换热表面之间插入金属或固体薄板，称为遮热板。2其原理是，遮热板的存在增大了系统中的辐射换热热阻，使辐射过程的总热阻增大，系统黑度减少，使辐射换热量减少。3遮热板对于削弱辐射换热具有显著作用，如在两个平行辐射表面之间插入一块同黑度的遮热板，可使辐射换热量减少为原来的1／2，若采用黑度较小的遮热板，则效果更为显著。）4．什么叫黑体、灰体和白体它们分别与黑物体、灰物体、白物体有什么区别在辐射传热中，引入黑体与灰体有什么意义（提示：可以从黑体、白体、灰体的定义和有关辐射定律来阐述。根据黑体、白体、灰体的定义可以看出，这些概念都是以热辐射为前提的。灰、黑? 咨 钦攵钥杉 舛 缘摹Ｋ 胶谔濉 滋濉⒒姨宀⒉皇侵缚杉 庀挛锾宓难丈 姨甯拍畹奶岢鍪够 舴蚨 晌尢跫 闪ⅲ 氩ǔぁ⑽露任薰兀 刮 章实娜范 胺 浠蝗燃扑愦笪 蚧 虼司哂兄匾 淖饔茫缓谔甯拍畹奶岢鍪谷确 涞奈 蘸头⑸渚哂辛死硐氲牟握瘴铩＃?5．玻璃可以透过可见光，为什么在工业热辐射范围内可以作为灰体处理（提示：可以从灰体的特性和工业热辐射的特点来论述。所谓灰体是针对热辐射而言的，灰体是指吸收率与波长无关的物体。在红外区段，将大多数实际物体作为灰体处理所引起的误差并不大，一般工业热辐射的温度范围大多处于2000K以下，因此其主要热辐射的波长位于红外区域。许多材料的单吸收率在可见光范围内和红外范围内有较大的差别，如玻璃在可见光范围内几乎是透明的，但在工业热辐射范围内则几乎是不透明的，并且其光谱吸收比与波长的关系不大，可以作为灰体处理。）6．什么是
“温室效应”为什么说大气中的C02含量增加会导致温室效应（提示：可以从气体辐射的特点和能量平衡来加以说明。CO2气体具有相当强的辐射和吸收能力，属于温室气体。根据气体辐射具有选择性的特点，CO2气体的吸收光带有三段：2．65—2．8、4．15—4．45、13．0—17．0μm，主要分布于红外区域。太阳辐射是短波辐射，波长范围在0．38一0．76μm，因此，对于太阳辐射C02气体是透明的，能量可以射入大气层。地面向空间的辐射是长波辐射，主要分布于红外区域，这部分辐射在CO2气体的吸收光带区段C02气体会吸收能量，是不透明的。在正常情况下，地球表面对能量的吸收和释放处于平衡状态，但如果大气中的CO2含量增加会使大气对地面辐射的吸收能力增强，导致大气温度上升，导致了所谓温室效应。）五、计算题1．太阳能以900W/m2的平均辐射强度射到建筑物的房顶上，房顶对太阳辐射的吸收率为0.85，房顶的面积为100m2，温度为37℃，发射率为0.88. 若室外空气温度为7℃，自然对流传热系数为5W/m2.K，试计算传人房内的热量。（提示：这是一个辐射与自然对流共同作用下的复合换热问题，太阳辐射以投入辐射的形式对建筑物进行辐射，建筑物以自然对流和辐射两种方式向大气散热，传人房间的热量为屋顶的吸热量与散热量之差。答案：46．1kW。）2．一根直径为60mm的电缆，被置于横断面为0.1×0.lm2的封闭电缆沟槽内，若电缆表面黑度为0.83、表面温度为77℃，电缆沟表面温度为27℃、黑度为0.92，试问单位长度电缆的辐射散热量为多少为了加强电缆的散热能力，还可以采取哪些措施（提示：这是一个求解两表面之间辐射换热的辐射问题，可以设电缆表面与沟槽表面分别为1、2表面。答案：59．22W ／m，为了加强电缆的散热能力，还可以来取提高电线及沟槽表面的黑度、增大沟槽的截面积、采用导热性良好的支架、增加沟槽内的通风等
措施。）3．有一直径分别为120mm、150mm的长圆管组成的同心套管，内管中通过低温流体，其外表面温度T1＝77K，黑度ε1＝0.02，外管内表面温度T2＝300K，黑度ε2＝0.05，两表面间抽真空。已知ζ0＝5.67×10-8W／m2.K4，试计算单位管长上低温流体获得的热流量。（提示：这是一个求解内、外管两表面之间辐射换热的问题，二表面间抽真空说明不存在气体的导热和对流换热。答案：2．603W／m。）4．对于第三题所示的同心套管，如果用一薄遮热罩直径135mm，两面黑度均为ε3＝0.02插在两表面之间，这时单位管长上低温流体获得的热流量为多少提示：这是一个两表面之间插人遮热板的辐射换热问题，可以通过画出热阻图，然后列出热流方程来计算。答案：1．117W／m。5．有一台用于确定气体导热系数的装置：一圆管，加热导线沿轴线穿过。现测得通过导线的电流为0.5A，导线两端的电压3.6V，管长300mm，导线直径0.05mm，导线温度167℃，管子的内径直径2.5mm，管壁内表面温度127℃假定导线和管子内表面的黑度分别为0.7和0.8，试确定管内气体的导热系数设所测气体能透过热辐射，并不计对流传热。提示：这是一个求解内线、外管两表面之间辐射换热的问题，由于不计对流换热，根据能量平衡原理，导线的加热量等于二表面间的辐射换热量和通过气体层的导热量之和。答案：0．0922W／m·K。6．用裸露的热电偶测量炉膛内的烟气温度，测得烟温为792℃，已知水冷壁表面温度为600℃，烟气对热电偶表面的对流传热系数为60W／m2.K，热电偶的表面黑度为0.3，试求炉膛烟气的真实温度和该热电偶的测温误差不计热电偶套管的导热热量损失。提示：若不计热电偶套的导热热量损失，热电偶的显示温度是烟气对热电偶的对流换热与辐射换热和热电偶对水冷壁的辐射散热达到能量平衡的结果。热电偶相对于炉膛是
一个很小的表面，因此水冷壁表面可以作为黑表面处理。答案：1032．78℃，测量误差为240．78℃，23．3％。7．在两块黑度为0.8的平行大平面之间插入一块黑度为0.05的大遮热板，试求插入遮热板后这两个大平面之间的辐射传热量是未插遮热板时的几分之一。提示：这是一个两个大平面之间的辐射换热计算和在两个大平面之间插入遮热板削弱辐射换热的问题。答案：1／27 8．一根直径为300mm、长度为250mm的圆管，一端开口与环境相通，另一端封闭. 圆管的内表面温度保持均匀恒定，为1000K，环境温度为300K，圆管的内壁面可以看作为黑表面，试求圆管的内壁面与环境的辐射传热量。提示：圆管的内壁面对环境的辐射热量都必须通过圆管的开口，因此可以看作圆管内壁面与圆管开口的一个假想平面之间的辐射换热，由于环境是一个很大的表面，因此折算到圆管的开口表面，可以认为这是一个有限面积的黑表面。所以实际上这是一个两个黑表面之间的辐射换热问题。两个表面之间的角系数可以用几何分析法得到。答案：3975．4W
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