试析带有遮热板的辐射换热

陈权宇

摘要：遮热板本身不带走任何热量也不起热，在两辐射表面间加设一块遮热板就可以增加其隔热热阻，从而减少它们之间的辐射换热，可知遮热板有辐射隔热的作用。本文通过介绍遮热板的运用，进一步分析了遮热板的工作原理并得出相关结论希望可以给各读者带来启发。

关键词：遮热罩(板)；隔热热阻；辐射换热；

Abstract: Shading shield themselves do not take any heat, the addition of a cover hot plate can increase its insulation thermal resistance between the two radiative surface, thereby reducing the radiation heat transfer between them, we can see to cover the hot plate has the role of radiation insulation. This paper introduces the use of cover hot plate, further analysis of the works cover the hot plate and draw relevant conclusions can bring inspiration to readers.Key words: cover heat shields (board); insulation thermal resistance; radiation heat transfer

中图分类号：O432文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）

0.前言

遮热板作为一种隔热、热防护和保温节能技术被广泛地应用于热辐射防护设备等工程中。在实际工程建设中常用隔热板来隔离干扰物质以保护物料，或减少辐射热量对建筑物的影响；使用带有遮热罩的抽气式热电偶来测量气体温度可避免由辐射隔热引起的测量误差；冶金上加一遮热板于平顶式加热炉的均热段与加热段之间，可确保物料在加热段整体加热，防止加热段的热量辐射影响到均热段。

1.平面遮热板的工作原理

我们可以假设有两块平板F1和F2，以及一遮热板F3，把它们的黑度和温度分别设为ε1、T1，ε2、T2和ε3、T3，而T1>T2，平板均为无限宽大，如图一所示。

图一遮热板原理

当仅有两块平板而无遮热板时的辐射换热量可表示为：

（1）

现于平板F1和F2两面间加一块遮热板F3。假设遮热板本身的导热热阻极小可忽略不计，那么遮热板两侧的温度可视为一样，均为T2，遮热板的黑度为ε3。由于遮热板本身不带走任何热量也不起热，它主要在热流通路中附加了一个的隔热热阻，利用遮热板F3进行F1→F2面的辐射，层对层进行，F1→F3→F2，即F1先对遮热板F3进行辐射，接着遮热板F3再对F2进行辐射。

F1、F2、F3之间的辐射换热量关系如下：

F1→F3面的辐射换热量可表示为：

（2）

F3→F2面的辐射换热量可表示为：

（3）

于稳态下，可以得到Q1，3=Q3，2=Q1-3-2，为了方便做对比,我们可设两平板及遮热板的黑度都相等，也就是ε1 = ε2=ε3。从而由（2）、（3）式可有：

=（）（4）

把的值代入（3）式得：

（5）

将（1）、（5）两式进行比较可知，当添加一块与平板有相等黑度的遮热板后，两平板间的辐射换热量将会被减少为之前的一半。由此类推，当添加n块与平板有相等黑度ε的遮热板，则辐射换热量将被减少为之前的。可见，随着遮热板块数的增多，遮热的效果越佳。当然以上结论是在遮热板与平板黑度都相等的情况下而下的，在实际运用中遮热板的制作材料反射率都较高，此时ε1和ε2将远远大于ε3这样一来，遮热板的遮热效果比以上的结论更要显著得多。

2.非平面遮热罩的工作原理

对于非平面遮热罩的辐射隔热的原理与平面遮热板是相类似的。根据遮热罩及物体的系统黑度，代入（2）、（5）式中的各黑度即可。

如图二所示为一装有遮热罩的系统，假定T1>T3>T2，则辐射换热量可表示为：

（6）

由（6）式可知，非平面遮热罩的辐射换热量不仅取决于系统黑度，还取决于最低温度平板的表面积与遮热罩的表面积的比值。

图二简状遮热罩示意图

3.结论

随着遮热罩(板)的表面积的增大，隔热热阻将会减小，流过的热流就越大。由此可知，在实际运用中要保护物料需提升物料的加热速度，那么遮热罩(板)的制作应该选用黑度较大的材料并将其尽可能做得宽一些，如保护物料的马弗炉罩。反之，为了提高隔热效果，遮热罩(板)的制作则应当选取黑度尽量小的材料并设计得尽量小些，如在加热炉的均热段与加热段之间加一遮热罩(板)以降低热消耗。若遮热罩(板)太厚或其制作材料导热性能较差，那么其隔热热阻将会增大，隔热效果也会更好；当在遮热罩(板)间存在对流换热时，辐射隔热热阻将会减小，隔热效果相对就被削弱了。

【参考文献】

[1]王厚华.传热学[M].重庆.重庆大学出版社.2006.

[2]王保国.刘淑艳.王新泉.朱俊强.传热学[M].北京.机械工业出版社.2009.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。