辐射传热

物理学术语

物体在向外发射辐射能的同时，也会不断地吸收周围其它物体发射的辐射能，并将其重新转变为热能，这种物体间相互发射辐射能和吸收辐射能的传热过程称为辐射传热。若辐射传热是在两个温度不同的物体之间进行，则传热的结果是高温物体将热量传给了低温物体，若两个物体温度相同，则物体间的辐射传热量等于零，但物体间辐射和吸收过程仍在进行。

介绍

依靠电磁波辐射实现热冷物体间热量传递的过程，是一种非接触式传热，在真空中也能进行。物体发出的电磁波，理论上是在整个波谱范围内分布，但在工业上所遇到的温度范围内，有实际意义的是波长位于0.38～1000um之间的热辐射,而且大部分位于红外线(又称热射线)区段中0.76～20um的范围内。所谓红外线加热,就是利用这一区段的热辐射。

详细介绍

任何物体在发出辐射能的同时，也不断吸收周围物体发来的辐射能。一物体辐射出的能量与吸收的能量之差，就是它传递出去的净能量。物体的辐射能力（即单位时间内单位表面向外辐射的能量），随温度的升高增加很快。

若到达该物体表面的热辐射的能量完全被吸收，此物体称为绝对黑体,简称黑体；

若到达该物体表面的热辐射的能量全部被反射；当这种反射是规则的，此物体称为镜体；

若是乱反射，则称为绝对白体。

若到达物体表面的热辐射的能量全部透过物体，此物体称为透热体。

实际上没有绝对黑体和绝对白体，仅有些物体接近绝对黑体或绝对白体。例如：没有光泽的黑漆表面接近于黑体，其吸收率为0.97～0.98；磨光的铜表面接近于白体，其反射率可达0.97。影响固体表面的吸收和反射性质的，主要是表面状况和颜色，表面状况的影响往往比颜色更大。固体和液体一般是不透热的。热辐射的能量穿过固体或液体的表面后只经过很短的距离（一般小于1mm,穿过金属表面后只经过1m）,就被完全吸收。气体对热辐射能几乎没有反射能力，在一般温度下的单原子和对称双原子气体（如 Ar、He、H、N、O等），可视为透热体，多原子气体（如CO、HO、SO、NH、CH等）在特定波长范围内具有相当大的吸收能力。

研究意义

研究热辐射规律，对于炉内传热的合理设计十分重要，对于高温炉操作工的劳动保护也有积极意义。当某系统需要保温时，即使此系统的温度不高，辐射传热的影响也不能忽视。如保温瓶胆镀银，就是为了减少由辐射传热造成的热损失。

吸收能力

理论研究证明，黑体的辐射能力计算公式称为斯忒藩－波耳兹曼定律。常数为黑体的辐射常数（或称斯忒藩-波耳兹曼常数）,其值为5.669×10 W/(mK)。此式表明，温度对热辐射的影响极大。低温时热辐射常可忽略（如普通换热器中）；高温时（如炉膛内），则成为传热的主要方式。

实际物体的辐射能的波长分布规律，随物体和温度而异。设实际物体辐射任一波[kg1][kg1]的辐射能力为，在同温度下的黑体辐射相同波长的能力为[152-0ru]；若/[152-0ru]=常数,即物体的辐射能力与波长无关,则这种物体称为灰体。大多数工程材料在热辐射波长范围内接近于灰体。灰体的辐射能力与物体的表面状况及温度有关。

物体的辐射能力与同一温度下黑体的辐射能力之比，等于各自的辐射系数之比，称为黑度，它代表物体的相对辐射能力。G.R.基尔霍夫发现，任何物体的辐射能力与吸收率的比值都相同,且恒等于同温度下绝对黑体的辐射能力，即：基尔霍夫定律。它表明物体的吸收率与黑度在数值上相等，即物体的辐射能力越大，吸收能力也越大。

相关定理

两物体间辐射传热的速率可表示分别为两物体的表面温度；一物体的表面面积；以为基准的角系数，代表一物体辐射出去的能量投射到表面的分率，它取决于两物体的形状、大小和相对位置；为总辐射系数，其值与两物体的黑度、大小、形状和相对位置有关。

基本概念

能全部吸收辐射能，即吸收率A=1的物体，称为黑体或绝对黑体。

能全部反射辐射能，即反射率R=1的物体，称为镜体或绝对白体。

(1)灰体的吸收率A不随辐射线的波长而变。

(2)灰体是不透热体，即A十R=1。

普郎克(Plank)定律

式中 T—黑体的热力学温度，K；

e—自然对数的底数；

c1—常数，其值为3.743*10W·m；

c2—常数，其值为1.4387*10m·K。

式中h黑体得辐射常数,其值为5.67*10W/(m.K)

C-黑体得辐射系数,其值为5.67W/(m.K)

应与指出,四次定律也可推广到灰体，此时，式中 C—灰体的辐射系数，W/(m·K)。

只要知道物体的黑度，便可由上式求得该物体的辐射能力。

克希霍夫(Kirchhoff)定律

克希霍夫定律揭示了物体的辐射能力正与吸收率A之间的关系。

q=E1-A1Eb

式中 q—两板间辐射传热的热通量，W/m。

当两板达到热平衡，即T1=T2时，q=0，故

E1=A1Eb

其他解释

物体以电磁波形式传递能量的过程称为辐射，被传递的能量称为辐射能。物体可由不同的原因产生电磁波，其中因热的原因引起的电磁波辐射，即是热辐射。在热辐射过程中，物体的热能转变为辐射能，只要物体的温度不变，则发射的辐射能也不变。物体在向外辐射能量的同时，也可能不断地吸收周围其它物体发射来的辐射能。所谓辐射传热就是不同物体间相互辐射和吸收能量的综合过程。显然，辐射传热的净结果是高温物体向低温物体传递了能量。

热辐射和光辐射的本质完全相同，不同的仅仅是波长的范围。理论上热辐射的电磁波波长从零到无穷大，但是具有实际意义的波长范围为0.4～20μm，而其中可见光线的波长范围约为0.4～0.8μm，红外光线的波长范围为0.8—20/μm。可见光线和红外光线统称热射线。不过红外光线的热射线对热辐射起决定作用，只有在很高的温度下，才能觉察到可见光线的热效应。

热射线和可见光线一样，都服从反射和折射定律，能在均一介质中作直线传播。在真空和大多数的气体(惰性气体和对称的双原子气体)中，热射线可完全透过，但对大多数的固体和液体，热射线则不能透过。因此只有能够互相照见的物体间才能进行辐射传热。

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