什么是辐射传热?

[拼音]：fushe chuanre

[外文]：radiant heat transfer

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0.38～1000μm之间的热辐射，而且大部分位于红外线(又称热射线)区段中0.76～20μm的范围内。所谓红外线加热，就是利用这一区段的热辐射。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 *** 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。

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。一般说来，当一物体受到其他物体投来的辐射（能量为Q）时，其中被吸收转为热能的部分为QA，被反射的部分为QR，透过物体的部分为QD，显然这些部分与总能量之间有下式所示的关系：

QA+QR+QD=Q

如果把A=QA/Q称为吸收率，R=QR/Q称为反射率，D=QD/Q称为穿透率，则有：

A+R+D=1

若物体的A=1，R=D=0，即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R=1，A=D=0，即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；如果是乱反射，则称为绝对白体。若D=1，A=R=0，即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1μm），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、H2、N2、O2等），可视为透热体，多原子气体（如CO2、H2O、SO2、NH3、CH4等）在特定波长范围内具有相当大的吸收能力。

理论研究证明，黑体的辐射能力E0为：

E0=σ0T4

此式称为斯忒藩－波耳兹曼定律。式中T为绝对温度；σ0为黑体的辐射常数（或称斯忒藩-波耳兹曼常数），其值为5.669×10-8W/(m2·K4)。为应用方便，此式可改写为：

式中C0为黑体的辐射系数，其值为5.669W/(m2·K4)。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λ的辐射能力为Eλ，在同温度下的黑体辐射相同波长的能力为E0λ；若Eλ/E0λ=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E可表示为：

式中C(<C0)为灰体的辐射系数，其数值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ε，等于各自的辐射系数之比，即ε=E/E0=C/C0。ε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A的比值都相同，且恒等于同温度下绝对黑体的辐射能力，即：

此式称为基尔霍夫定律。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。

两物体间辐射传热的速率Q12可表示为：

式中T1、T2分别为两物体的表面温度;F1为一物体的表面面积;φ12为以F1为基准的角系数，代表一物体辐射出去的能量投射到表面F2的分率，它取决于两物体的形状、大小和相对位置；C12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。可以证明

φ12F1=φ21F2

式中F2为物体2的表面面积；φ21为以F2为基准的角系数，代表物体2辐射出去的能量投射到 F1上的分率。求取各种情况下的总辐射系数和角系数（见表），是辐射传热的研究课题。