10.辐射Radiation

所有的材料都会连续发射和吸收辐射的能量,发射和吸收的强度取决于材料本身的性质和温度在很多情况下辐射非常重要,尤其是:
–高温问题
–低压环境中对流传热相对较小
入射的辐射可以被表面反射,吸收或透射
因此:
ρ+α+τ=1

ρ = 反射率
α = 吸收率
τ = 透射率
理想黑体会吸收所有入射的辐射
–它通常也比其它非黑体辐射更多的能量
对于不透明漫反射表面:
ε = α = 1-ρ
表面的发射率通常受到以下因素的影响:
–材料类型
–表面粗糙度
–表面附着的成分(污染物).
从下图中可以看到在不同的波长下不同材料的光谱发射率不同
光滑,纯金属表面在红外波段一般具有较低发射率(0.1 to 100 micron)
–一般, ε < 0.1
表面污染可能导致足够高的发射率,尤其在高波长光谱段
大多数强迫对流问题中,辐射对于设备温度的影响小于5%
在自然对流问题中,辐射对设备温度的影响可以高至50%

两个表面之间的辐射热交换, Qr:
Qr= 总辐射热传递量
σ= 5.67e-8 W/m2K4= Stefan-Boltzmann 常数
ε= 表面发射率
f = 角系数
A = 辐射面积
T1, T2= 发射和吸收表面的温度
Qr=σεfA(T41-T42)

辐射Surface TypeFinishEmissivity
练习: 辐射影响

练习: 辐射影响强迫对流V=2m/s, Tamb=50 CTj(no radiation) = 68.75 CTj(with radiation) = 68.03 CEffect of radiation = 4%
练习: 辐射影响自然对流Tamb=50 CTj(no radiation) = 93.78 CTj(with radiation) = 84.06 CEffect of radiation = 22%

练习: 密封系统
练习: 密封系统缺省条件:环境温度= 40 C腔体热导率= k密封腔体

练习: 密封系统缺省条件:环境温度= 40 C腔体热导率= k内部元件PCBCPU & Heat spreaderMemory cardother chips
练习: 密封系统最高温度= 178.2 CCase 1: 无辐射k=0.18 W/mK内部元件

练习: 密封系统最高温度= 116 CCase 1:无辐射k=0.18 W/mK腔体
练习: 密封系统最高温度= 144 CCase 2: 有辐射ε=0.2k=0.18 W/mK内部元件

练习: 密封系统最高温度= 87.4 CCase 2: 有辐射ε=0.2k=0.18 W/mK腔体
练习: 密封系统最高温度= 114.4 C内部元件Case 3: 有辐射ε=0.8k=0.18 W/mK
练习: 密封系统最高温度= 65.4 C腔体Case 3: 有辐射ε=0.8k=0.18 W/mK
练习: 密封系统最高温度= 110.7 C内部元件Case 4: 有辐射ε=0.8k=200 W/mK

练习: 密封系统最高温度= 51.7 C腔体Case 4: 有辐射ε=0.8k=200 W/mK

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