热辐射
知识点：热辐射PPT
热量传递的第三种基本方式是热辐射。 1.热辐射的概念 热辐射是指依靠物体的表面向外发射电磁波传递热量的 热量传递过程。 发射辐射能是各类物质的固有特性，所有温 度大于0K的实际物体都具有发射电磁波的能力，并且温度越 高，发射电磁波的能力越强。各物体表面间相互辐射、吸收 的总效果称辐射换热。 2.热辐力及绝对黑体辐射力的计算 物体单位表面积，在单位时间内所辐射出的全部波长范 围内的总能量称为物体的辐射力。用符号E表示，单位W/m2。 它的大小与物体表面性质及温度有关。 对于绝对黑体（一种理想的热辐射表面，能全验证实，它的辐射力Eb与热力学温度 的四次方成正比，即 4 T W/m2 （1） Eb Cb 100 式中 Eb—绝对黑体的辐射力，W/m2； Cb—绝对黑体辐射系数，Cb=5.67W/m2.K4； T—热力学温度，K。 以上简单介绍了导热、对流和热辐射三种热量传递的基 本方式。在实际问题中，这三种热量传递方式往往不是单独 出现，而是两种或三种同时作用于同一热量传递现象中，所 以我们应弄清楚有哪些热量传递方式在起作用，再按每一种 热量传递方式的规律进行计算。
热辐射产生原理
热辐射产生原理引言热辐射是指物体以电磁波的形式传递能量的过程。
所有物体在温度不为绝对零度时，都能够发射热辐射。
这种辐射具有普适性，无论是固体、液体还是气体，都会发生热辐射。
热辐射的产生原理与物体的温度和表面特性密切相关。
本文将深入探讨热辐射产生原理的相关内容。
热辐射电磁波的特性热辐射产生的电磁波具有以下几个特性：1.频谱连续性：热辐射的频谱范围十分广泛，可以覆盖从无线电波到γ射线的整个电磁波谱。
根据普朗克的辐射定律，辐射功率与频率的关系呈现出斜坡状曲线，峰值频率随温度的升高而增加。
2.波长分布：热辐射的波长分布与频率分布存在互逆关系，即频率高的辐射波长短，频率低的辐射波长长。
3.辐射强度：辐射强度是指单位矢量的辐射功率，与温度的四次方成正比。
温度越高，辐射强度越大。
热辐射产生的原理热辐射产生的原理可归纳为以下几个方面：热运动与振动物体内部的分子在热运动中不断振动，并带有电荷。
这些带有电荷的振动分子会以电磁波的形式发射能量，即产生热辐射。
电子能级跃迁物体内的电子处于不同的能级上。
当电子从一个能级跃迁到另一个能级时，会辐射出电磁波，从而产生热辐射。
这种跃迁可以是自发的，也可以是受到外界能量激发的。
能级密度物体的能级密度决定了热辐射的发射情况。
能级密度随着能量的增加而增加，导致高能级的电子更容易发生跃迁，从而产生更多的热辐射。
反射与吸收物体的表面特性对于热辐射的产生也起到重要的作用。
表面对于不同波长的辐射有不同的反射和吸收能力。
黑体是一种完美吸收全部辐射的物体，而金属表面则具有较好的反射能力。
热辐射应用热辐射的产生原理在许多领域有着广泛的应用。
太阳能利用太阳作为一个巨大的热辐射源，向地球发射大量的热辐射能。
人们利用太阳能发电，将太阳辐射能转化为电能，带动各种设备的运转。
热成像与红外线摄像热成像技术利用物体的热辐射特性，通过测量不同区域的红外辐射强度，生成热成像图像。
这项技术广泛应用于军事、医学、建筑等领域。
热辐射
灰体：指能以相同的吸收率吸收所有波长 的辐射能的物体。
6
4.5.2 物体的辐射能力
1.黑体概念 黑体：是指能吸收投入到其面上的所有热辐射能的物体，
是一种科学假想的物体，现实生活中是不存在的。但却 可以人工制造出近似的人工黑体。
图 黑体模型
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2.热辐射能量的表示方法
辐射力E：
单位时间内，物体的单位表面积向半球空间发射的所有 波长（波长从0到∞），的能量总和。 (W/m2)；
q1−2
=
A2 E1 − A1E2 A1 + A2 − A1A2
22
将
E1
=
ε1C0
( T1 100
)4
E2
=
ε
2C0
( T2 100
)
4
A1 = ε1 A2 = ε 2
代入：
q1−2 =
1
C0 +1
[( T1 )4 − ( T2 )4 ] −1 100 100
ε1 ε2
令：C1−2 =
C0
=
1 + 1 −1
)
4
⎤ ⎥⎦
tW tW
−t −t
= α R AW
(tW
− t)
总热损失：
Q = QC + QR = (α C + α R ) AW (tW − t) = αT AW (tW − t)
式中 αT——对流-辐射联合传热系数，W/(m2.K)。
28
(1) 空气自然对流，当tW<150°C时
平壁保温层外 αT = 9.8 + 0.07(tW − t) 管道及圆筒壁保温层外 αT = 9.4 + 0.052(tW − t)
热辐射原理及计算
Eef2
E2 R2E1 1R1R2
q 1 2 E e1 f E e2 fE 1 1 R R 1 1 R E 2 2 E 1 2 R R 1 R 2 E 21
联立：
E
Eb
C0
T 4 100
R 1 A 1
q121 E 1b 1 12 E b2111 C 1 021 1T10 40 1T20 40
对壁面1，有效辐射Eef1(辐射及多次反射结果)为：
Eef1E1 1R1R2R12R2 2 R1E2 1R1R2R12R2 2
式中：无穷级数
2021/10/10 1R 1R 2R 1 2R 2 2 1R 11R 2
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Ee
f1
E1 R1E2 1R1R2
同理，壁面2的有效辐射Eef2为：
解：①放遮热板前，炉门为四周所包围，则有：
1 2 1 . 0 , C 1 2 1 C 0 ,A A 1 , T 1 7 K , 2 T 2 3 3 K
Q 121C 0A 1 1 T 10 4 0 1 T 20 4 0 78W 9
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② 放遮热板后，因炉门与遮热板间距离小→两者之间辐 射传热视为两无限大平壁间的相互辐射，则有：
（φ ：一物体表面辐射的总能量落到另一物体表面的分率）
1
2
1
2
1 2
1 2
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(2) 两无限大灰体平行平壁间辐射传热计算q1-2
推导假设：
两大平壁→从一壁面发出的辐射能可全部投射到别一壁面上， φ=1；
两壁面间的介质为透过体→D=1(气体)； 1
21
2
两平壁均为不透过体→A+R=1。
热辐射基础知识
图2-1 物体对热辐射的 吸收、反射和穿透
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黑体、白体和透明体
2. 黑体：
试验表明物体的辐射能力与温度有关，同一温度下不同物体的辐射与吸收本领也大不一样。在探 索热辐射规律的过程中，黑体（black body）这种理想物体的概念具有重大意义。
黑体，是一个理想化了的物体，它能够在任何温度下吸收外来的全部电磁辐射，并且不会有任何 的反射与透射。但黑体不见得就是黑色的，它可以放出电磁波，而这些电磁波的波长和能量则全 取决于黑体的温度，不因其他因素而改变。在室温下，黑体辐射的能量集中在长波电磁辐射和远 红外波段；当黑体温度到几百摄氏度之后，黑体开始发出可见光。以钢材为例根据温度的升高过 程，分别变为红色，橙色，黄色，当温度超过1300摄氏度时开始发白色和蓝色。当黑体变为白色 的时候，它同时会放出大量的紫外线。
2. 特点： 热射线的本质决定了热辐射过程有如下特点： ① 它是依靠电磁波向物体传输热量，而不是依靠物质的接触来传递热量。 ② 辐射换热过程中伴随着能量的两次转换：发射时，物体的内能转换成辐射能；接受时，辐
射能转换成内能。 ③ 一切物体只要其温度 T>0K ，都在不断发生热辐射。
▪2020/2/8
▪3
▪2020/2/8
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热辐射定义和特点
③ 电磁波的应用：
各种波长的电磁波在生产、科研与日常生活中有着广泛的应用。对于红外辐射（infrared radiation），它又有近红外与远红外之分，大体上以25������������为界（国际照明委员会定的界限）， 25������������以下的称为近红外线。波长在1mm~1m之间的电磁波称为微波（microwave），微波可以 穿透塑料、玻璃以及陶瓷制品，但却会被像水那样具有极性分子的物体吸收，在物体内部产生 内热源，从而使物体能比较均匀的得到加热。各类食品的主要成分是水，因而微波加热食物是 一种比较理想的加热手段，微波炉就是利用这一原理来加热的。波长大于1m的电磁波则广泛用 于无线电技术中。
热辐射的基本概念1
讨论：
③在全部波长范围内单色辐射能力有且只有一个最大值： dE 微分，令： o 0 mT 2.9 10 3 m K d －－维恩（Wien）位移定律 故：黑体单色辐射能力的最大值随着其温度的升高向波长 较短的一边移动。 可凭借火焰的颜色来判断火焰的温度：
温 度 ℃ 火 焰 颜 色 700 900 樱桃 红 1100 >1400 白色 炽热体
1.4.1 气体辐射与吸收的特点:
⒋气体是典型的非灰体物质
只有当气体温度和固体壁温度相同时气体的
黑度和吸收率才会相等，若温度不相等，就不存
在这种关系。同样普朗克定律定律和斯蒂芬－波 尔兹曼定律也不能成立。
1.4.2 烟气的黑度：
⒈CO2和H2O的黑度： ECO2 ∝T3.5，EH2O ∝T3 引入气体的黑度εi： ε0CO2= f（PCO2，L，Tg） εCO2=CCO2 •ε0CO2 ，P338：Fig7-8,9 ε0H2O= f（PH2O，L，Tg，P总） εH2O=CH2O •ε0H2O ， P339：Fig7-10,11
暗红
橙黄
温度>1400℃，可见光范围； 太阳表面：T≈6000K，可见光范围； 工业温度（约2000℃）：集中在λ=0.8～10μm的红外线 波段内。
1.2.2 斯蒂芬－波尔兹曼 （Stefan-Boltzman）定律：
黑体的全波长辐射能力 ：
E0 E0 d
0 0
C 1 5 d C2 / T e 1
引入物体的单色黑度 ：ελ=Eλ/ E0λ， 又称单色发射能力 影响因素：①ελ＝f（T,λ，物体表面性质）； ②ελ恒小于1，黑体单色辐射能力最大。
1.3.1 实际物体与黑体的区别与联系
⒊实际物体对投入辐射能的吸收率α≠1
名词解释-热辐射
名词解释-热辐射
热辐射是一种通过电磁波传递热能的物理现象。
在任何温度下，所有物体都会向周围发射电磁辐射，这些辐射包括可见光、红外线、紫外线、X射线等等，这就是热辐射现象。
其中，可见光是人眼可见的形式，其他类型的电磁辐射则需要使用特殊工具或设备才能检测到。
热辐射的强度取决于物体的温度。
发射辐射的物体温度越高，热辐射就越强烈。
相反，发射辐射的物体温度越低，热辐射就越微弱。
这也是为什么太阳和火炉等高温物体的热辐射较强，而人体或其他低温物体的热辐射较弱。
另外，热辐射的强度也受到物体表面积和距离的影响。
当物体表面积较大时，其辐射强度也会相应增加。
当两个物体的距离靠近时，热辐射的强度也会增加。
热辐射在很多领域都有着广泛的应用。
在工业上，热辐射被利用在烤炉、加热器和热处理设备等领域。
人们在烹饪、烧烤和烟熏食品时，热辐射也是至关重要的过程。
在太空技术中，热辐射是控制航天器和卫星温度的重要手段。
还有一些医学应用，例如利用红外线的热辐射技术来治疗某些疾病。
总体来说，在生活和工业中，热辐射是一种非常重要的现象，人们需要理解和掌握热辐射的基本原理和应用，以解决各种与热相关的问题。
热辐射基础知识
位于太阳照耀下被玻璃封闭起来的空间，例如小轿车、培养植物的暖房等，其内部温度明显地高 于外界温度，就是因为玻璃对太阳辐射具有强烈的选择性吸收的缘故。
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热辐射四大定律
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图3-2 玻璃穿透比与波长关系
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热辐射四大定律
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热辐射四大定律
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图3-3 普朗克温度分布
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热辐射四大定律
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热辐射换热计算
人们都有这样的经历，对于相同的室温，夏天在该室温的房间里可能仍然觉得热，而冬天在这样 的房间内则还有冷的感觉，这是什么原因呢？ 例题4：计算夏天与冬天站立在室温同为25℃的房间内的人体与环境的换热量差异。人体衣着与皮 肤的表面温度为30℃，表面发射率为0.95。夏天室内墙面温度为26℃，冬天为10℃。
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热辐射换热计算
1. 热辐射换热计算要点： ① 空气没有辐射与吸收的能力，辐射换热是物体表面与周围其他固体表面间进行的。 ② 使用斯特藩-玻尔兹曼定律来计算辐射传热时，仅适用于物体被包围于大空腔中时的情形。 ③ 计算辐射换热量时，要同时考虑辐射出去的热量和吸收的热量，它们的差值就是换热量。 ④ 物体的表面黑度一般是通过实验测得的，与周围环境条件无关。 ⑤ 计算辐射换热时，我们一般假设在稳态条件下计算。
3. 斯蒂藩-玻耳兹曼定律： ① 人物介绍： 斯忒藩（ Josef Stefan，1835-1893） 澳大利亚物理学家。斯忒藩是斯洛 文尼亚人，1879年，他发现热体的总辐射和它的绝对温度的四次方成正 比。若温度提高一倍，辐射率则增加到16倍。这就是斯忒藩的四次方定 律，现已证明它在星体演化的研究上具有重大的意义。 1884年，玻耳兹 曼指出这条定律可以根据热力学原理推导出来，因此有时称之为斯忒藩 – 玻耳兹曼定律。
什么是热辐射
什么是热辐射热辐射是一种能量传递方式，通过自由空间中的电磁波传播。
它是指由物体排放的热能以电磁辐射的形式传递出去的过程。
热辐射在自然界中广泛存在，也对人类的日常生活和科学研究起着重要作用。
1. 热辐射的基本原理热辐射的基本原理是根据物体的温度，物体会产生与其温度相关的电磁辐射。
根据普朗克黑体辐射定律，热辐射的强度与物体的温度呈正比。
热辐射的频率和强度与物体的温度相关，即温度越高，辐射的频率越高，辐射强度越大。
而热辐射的颜色也与物体的温度相关，低温物体呈红色，高温物体呈白炽色。
2. 热辐射的特点热辐射具有以下几个特点：（1）不需要介质传播：热辐射可以在真空中传播，不受物质的影响，因此它是在太空中能量传递的主要方式之一。
（2）传播速度快：热辐射的速度是光速，约为每秒300,000千米。
（3）能量传递高效：热辐射以电磁波的形式传递，能量既可以辐射出去，也可以吸收回来，使能量传递更加高效。
3. 热辐射在自然界中的应用热辐射在自然界中具有广泛的应用：（1）日光：太阳是地球上最重要的能源来源之一，它通过热辐射将能量传递给地球，维持了地球上各种生命的生存。
（2）地球辐射平衡：地球吸收的太阳辐射能量与地球辐射出去的能量保持平衡，维持地球的能量平衡。
（3）红外线照明：红外线作为热辐射的一种形式，被广泛应用于红外线照明、热成像等领域。
（4）热能转换：利用热辐射的原理，可以进行热能转换，如太阳能板将太阳辐射能转换为电能。
4. 热辐射在科学研究中的应用热辐射在科学研究中也具有重要作用：（1）红外光谱：热辐射中的红外光谱可以用于材料的结构分析、化学物质的检测等。
（2）热成像技术：热成像技术利用物体的热辐射来形成图像，可以广泛应用于医学、建筑、军事等领域。
（3）宇宙学研究：热辐射对于研究宇宙学中的宇宙背景辐射、星系演化等也具有重要作用。
总之，热辐射是一种通过电磁波传播的能量传递方式，广泛存在于自然界中。
它的特点包括不需要介质传播、传播速度快、能量传递高效等。
热辐射总结
热辐射总结1. 什么是热辐射？热辐射是指物体由于自身的热量而发出的能量，以电磁波的形式传播，并能够在空气或真空中传递热能。
热辐射是物体与周围环境之间的热交换方式之一，它不需要介质的存在，能够在真空中传播。
2. 热辐射规律热辐射遵循一些基本规律，其中最重要的是以下两条：2.1 斯特藩-玻尔兹曼定律（Stefan-Boltzmann law）斯特藩-玻尔兹曼定律描述了物体发射的辐射功率与其温度之间的关系。
该定律可以用以下公式表示：P = \\varepsilon \\sigma A T^4其中，P为辐射功率，ε为发射率，σ为斯特藩-玻尔兹曼常数，A为物体表面积，T为物体的绝对温度。
斯特藩-玻尔兹曼定律说明了辐射功率与物体的温度的四次方成正比，温度升高会导致辐射功率的迅速增加。
2.2 维恩位移定律（Wien’s displacement law）维恩位移定律描述了辐射功率峰值波长与绝对温度之间的关系。
该定律可以用以下公式表示：\\lambda_{\\text{max}} = \\frac{b}{T}其中，λ_max为辐射功率的峰值波长，b为维恩位移常数，T为物体的绝对温度。
维恩位移定律说明了随着温度升高，辐射功率的峰值波长将向更短波长的方向移动。
3. 热辐射的应用热辐射具有广泛的应用，其中包括但不限于以下几个方面：3.1 远红外加热远红外加热利用物体辐射的远红外辐射来提供热能，被广泛应用于工业生产中的加热过程。
远红外辐射能够深入物体表面，使得加热更加均匀和高效。
3.2 热成像技术热成像技术利用物体发出的红外辐射来生成热图像，从而实现对物体表面温度分布的测量。
这项技术在安防、医学、建筑、电力等领域都有广泛的应用，提供了非接触且高效的温度测量手段。
3.3 太阳能发电太阳能发电利用太阳的辐射能量转化为电能。
光伏电池通过吸收太阳辐射的能量，使得电子受激跃迁形成电流，从而产生电能。
这是一种清洁、可再生的能源利用方式。
热辐射
辐射能的反射、 图6-28 辐射能的反射、穿透和吸收
黑体的辐射能力和吸收能力 —斯蒂芬 波尔兹曼定律 斯蒂芬-波尔兹曼定律 斯蒂芬
固体、液体穿透率为零，气体反射率为零。 固体、液体穿透率为零，气体反射率为零。 穿透率为零 黑体：吸收率等于1的物体称绝对黑体 简称黑体。 的物体称绝对黑体， 黑体：吸收率等于 的物体称绝对黑体，简称黑体。实 际物体可以接近黑体，但没有绝对黑体。 际物体可以接近黑体，但没有绝对黑体。 热透体：穿透率等于1的物体。气体接近热透体。 热透体：穿透率等于 的物体。气体接近热透体。 的物体 镜面体：反射率等于1的物体 镜子接近镜面体。 的物体。 镜面体：反射率等于 的物体。镜子接近镜面体。 黑体的辐射能力即单位时间单位黑体外表面积 单位黑体外表面积向 黑体的辐射能力即单位时间单位黑体外表面积向外界辐 的全部波长的总能量，服从斯蒂芬 波尔兹曼定律。 斯蒂芬-波尔兹曼定律 射的全部波长的总能量，服从斯蒂芬 波尔兹曼定律。
例6-10 温度对物体辐射能力的影响
试计算表面温度为0℃ 试计算表面温度为 ℃和546℃时黑体的辐射能力，并 ℃时黑体的辐射能力， 进行比较。 进行比较。 解：0℃辐射能力 ℃
T 273 2 Eb1 = C 0 = 5.67 = 315W / m 100 100
546℃时黑体的辐射能力 ℃
6.5 热 辐 射
6.5 热 辐 射
6.5.1 6.5.2 6.5.3 6.5.4 热辐射的概念 固体辐射 物体间的辐射传热 气体辐射
6.5 热 辐 射
6.5.1 热辐射的概念
任何物体，只要绝对温度不是零度， 任何物体，只要绝对温度不是零度，都会不停 地以电磁波的形式向外界辐射能量。同时， 地以电磁波的形式向外界辐射能量。同时，又 不断吸收来自其他物体的辐射能。 不断吸收来自其他物体的辐射能。 当物体向外界辐射的能量与其从外界吸收的能 辐射的能量与其从外界 当物体向外界辐射的能量与其从外界吸收的能 不相等，该物体与外界就产生热量的传递 产生热量的传递。 量不相等，该物体与外界就产生热量的传递。 这种传递方式称为热辐射 热辐射。 这种传递方式称为热辐射。 热辐射可以在真空中传播，不需要任何介质。 真空中传播 热辐射可以在真空中传播，不需要任何介质。 气体热辐射与液体、固体不同，因为气体可以 气体热辐射与液体、固体不同， 热辐射与液体 深入气体内部。 深入气体内部。
热辐射的规律
热辐射的规律
热辐射是物体表面发射热量的过程，即物体表面受到的热量由温度高的表面向温度低的表面辐射传播的过程。
其中，物体表面受到的热量大小取决于物体表面的温度，高温表面发射的热量较多。
二、热辐射的规律
1、表面温度越高，热辐射量越大：
表面温度高的物体，其表面发射的热量量也大。
即表面温度越高，发射的热量也越大。
2、表面温度越低，热辐射量越小：
表面温度低的物体，其表面发射的热量量也小。
即表面温度越低，发射的热量也越小。
3、表面辐射速率与波长成反比：
辐射量与其发射波长成反比，即越长的波长发射的热量越多。
波长越短的物体辐射量越小。
4、表面辐射速率与常数K的比值成正比：
表面温度与发射热量的比值斜率成正比，即温度越高，发射的热量越多。
5、热辐射不受物体的影响：
物体的形状，颜色等不会影响其发射的热量量，只有物体表面温度才会影响其发射的热量量。
三、热辐射的实际应用
热辐射的实际应用较为广泛，包括热量的控制、保温隔热、暖气
设备的控制等等。
在工业中，也可利用热辐射原理设计热加工设备。
此外，热辐射还可以在家庭中应用，它可以有效地控制室内温度，增加室内的舒适度，为居住者带来更舒适的居住空间。
热的辐射与物体的表面的特性
热的辐射与物体的表面的特性热的辐射与物体的表面特性热的辐射是指物体由于温度而发射的电磁波辐射能量。
辐射通过电磁波的传播方式，不需要介质，可以在真空中传播，是热传递的一种重要方式。
物体的表面特性对热的辐射与能量传递起到关键作用，包括反射、吸收和透射等方面。
本文将探讨热的辐射与物体表面特性之间的关系。
一、热辐射的基本原理热辐射是由物体内部的热运动引起的，其基本原理是物体的温度越高，即热运动越剧烈，物体发射辐射的能量也越大。
根据普朗克辐射定律，热辐射的能量与辐射波长有关，表达为E(λ)＝Aλ－5( eB / λT -1 )，其中A、B为常数，T为物体的温度，e为自然对数的底数，λ为辐射波长。
由此可见，不同波长的辐射能量也是不同的，同时，与物体的表面特性也密切相关。
二、反射特性对热辐射的影响反射是指当热辐射照射到物体表面时，一部分辐射被物体表面反射。
物体的反射特性主要由其表面的光学特性决定，包括表面的粗糙程度、表面材料的折射率等。
理想的反射表面能够将所有入射辐射反射出去，不产生能量损失。
而粗糙表面的物体则能吸收更多的辐射能量，从而提高其温度。
因此，物体表面反射特性的不同将对热的辐射与能量传递产生重要影响。
三、吸收特性对热辐射的影响吸收是指物体吸收热辐射能量的过程，与物体的表面特性及材料的选择密切相关。
吸收特性可以通过吸收率来描述，即吸收辐射能量的比例。
理想的吸收表面能够将所有入射辐射吸收完全，不产生反射，即吸收率为1。
不同材料的吸收率因其结构和成分的差异而异。
黑体是指吸收率为1的物体，能够完全吸收热辐射能量。
吸收率低的物体则能够反射更多的辐射能量，而吸收辐射能量较多的物体则能够显著增加其温度。
四、透射特性对热辐射的影响透射是指物体表面对热辐射能量的透过过程。
透射特性与物体本身的透明性有关，透明物体可以较大程度地透射辐射能量，而不透明物体则受到辐射的吸收和反射。
透射能力主要由物体的光学特性决定，比如材料的透明度、折射率等。
8.1热辐射基本概念汇总
如果投入辐射是某一波长的辐射能G ，则
G G G G
G G
G G
光谱吸收率
光谱反射率
1
G G
光谱透射率
:有人说可通过以上挑选好的节能灯？你怎么认为？
CDPC-pony
传热学 Heat Transfer
三、辐射力
1、辐射力
单位时间内，每单位面积表面向半球空间发射的全波长的辐 射能。用E表示，单位是W/m2。
2、光谱辐射力
某一波长辐射能的辐射力，单位为W/m2m。
E E d
0
CDPC-pony
传热学 Heat Transfer
Chengde Petroleum College
The End
λ=0.1～100μm
热射线包括: 可见光:λ =0.38～0.76μ m 部分紫外线:λ ＜0.38μ m 部分红外线:λ ＞0.76μ m
CDPC-pony
传热学 Heat Transfer
Chengde Petroleum College
发光颜色与对应温度的关系
辐射光的颜色 开始发光 深红色 樱桃红色 温度K 800 1000 1200
传热学 Heat Transfer
马 强
承德石油高专热工系
传热学 Heat Transfer
Chengde Petroleum College
8.1 热辐射基本概念
1 2 3 3 热辐射的本质和特点 热辐射表面的性质 辐射力
CDPC-pony
传热学 Heat Transfer
Chengde Petroleum College
一、热辐射的本质和特点
热辐射及辐射传热
1
石油工程传热学
对于大多数的固体和液体： 0, 1
对于不含颗粒的气体：
0, 1
为研究辐射特性可提出以下理想辐射模型： 黑 体：α=1 ρ=0 τ=0；
白
体：α=0 ρ=1 τ=0；
透明体：α=0 ρ=0 τ=1
石油工程传热学
对于大多数的固体和液体： 0, 1 原因：热射线穿过固体和液体表面后，在很小的 距离内就被完全吸收。 其吸收和反射几乎都在表面进行，因此，物体表 面状况对其吸收和反射影响很大。 特例1：玻璃对可见光是透明体，对其他波长的 热辐射，穿透能力很差——温室效应 黑颜色的物体对可见光具有较强的吸收能力，白 颜色则反射能力强
热射线：
紫外线0.1~0.38μm 可见光0.38~0.76μm 红外线0.76~1000μm
近红外线0.76~1.4μm
中红外线1.4~3.0μm 远红外线3.0~1000μm
工业上一般物体(T<2000K) 热辐射的大部分能量的波长 位于0.76~20μm。
太阳辐射：0.1~20μm
石油工程传热学
石油工程传热学
第5章 热辐射及辐射传热
§5-1
§5-2
热辐射的基本概念
黑体辐射的基本定律
§5-3
§5-4 §5-5
黑体表面间的辐射传热与角系数
实际物体辐射的基本规律 封闭系统中灰体表面间热辐射的基本概念
一、热辐射本质 1、基本概念
辐射：物体以电磁波向外传递能量的现象。
石油工程传热学
自然界和工程应用中，完全符合理想要求的黑体、 白体和透明体虽然并不存在，但和它们根相象的 物体却是有的。 例如，煤炭的吸收比达到0.96，磨光的金子反射 比几乎等于0.98，而常温下空气对热射线呈现透 明的性质。 但是，在分析实际物体表面的吸收、反射和透过 特性的时候，必须非常谨慎地对待波长，尤其要 注意不能以肉眼的直观感觉来判断某物体吸收比 的高低。
热辐射
式中 ——辐射给热系数。
当对流给热的温差也为（ ）时，总的热流密度为
式中 ——对流给热系数；
——总给热系数。
式中 ──黑体的辐射能力，W/m2；
──黑体辐射常数，其值为 ；
──黑体表面的绝对温度，K；
──黑体辐射系数，其值为 。
斯蒂芬—波尔茨曼定律表明黑体的辐射能力与其表面的绝对温度的四次方成正比，也称为四次方定律。显然热辐射与对流和传导遵循完全不同的规律。斯蒂芬—波尔茨曼定律表明辐射传热对温度异常敏感，低温时热辐射往往可以忽略，而高温时则成为主要的传热方式。
对于固体和液体不允许热辐射透过，即 ， ；
而气体对热辐射几乎无反射能力，即 ， ；
黑体：能全部吸收辐射能的物体。即 。
② 黑体、镜体、透热体和灰体
黑体（ ， ）：是一种理想化物体，实际物体只能或多或少地接近黑体，但没有绝对的黑体，如没有光泽的黑漆表面，其吸收率为 。引入黑体的概念是理论研究的需要。
③ 物体表面的黑度
当物体相对位置一定，系统黑度只和表面黑度有关。因此，通过表面黑度的方法可以强化或减弱辐射传热。
④ 辐射表面间介质的影响
在前面的讨论中，都是假定两表面间的介质为透明体，实际某些气体也具有发射和吸收辐射能的能力。因此，这些气体的存在对物体的辐射传热必有影响。
（7）辐射给热系数
克希霍夫从理论上证明，同一灰体的吸收率与其黑度在数值上必相等，即
由上式可知，物体的辐射能力越大其吸收能力也越大，即善于辐射者必善于吸收。
注意：上式只是说明同一灰体的吸收率与其黑度在数值上相等。但是黑度?与吸收率 在物理意义上并不相同。
热辐射
4 4
4
4
Eb2 / Eb1 50820 / 447 113.7
700℃时 Eb2 C0
可见，同一黑体温度变化700/25=28倍时，辐射能力增加113.7倍。 低温时，辐射传热常可忽略；高温时，则可能是主要的传热方式。
温度 辐射热流量并不正比于温差，而是正比于温度四次 方之差。在低温传热时，可忽略辐射的作用，而在高温 时，则要考虑热辐射。 几何位置 角系数决定了一个表面对另一个表面的投射角 表面黑度 通过改变表面黑度的方法可以强化或减弱辐射 传热。表面黑度大有利于散热，如为增加电气设备的散 热能力，在其表面涂上黑度很大的油漆；表面黑度小可 减少辐射散热,如镀黑度很小的银，铝。 辐射表面之间的介质 当两表面之间的介质不是透热体时， 需考虑介质的发射和吸收辐射能的能力。 减少辐射传热的一种有效办法 采用遮热板。
s是系统黑度，在实际计算中可进行简化，见下表。
GLL
系统黑度的确定
灰体相对位置 计算面积 1 极大的两平行面A1或A2 2 有限的两相 同上 等的平行面 3 很大的物体2 A1 包住物体1 4 物体2恰好包住 A1 物体1: A1≈A2 5 界于3、4之间 A1 角系数 12 = 21 =1 系统黑度
测温的绝对误差为37K，相对误差为3.4%。测量精度大为提高!
GLL
a f (物体种类，表面温度， 表面状况，投入辐射波 的波长 )
GLL
灰体的辐射能力：克希荷夫定律
灰体：对各种波长辐射能力均能同等吸收的理想物体。 其概念的引入可大大简化辐射传热的计算。 克希荷夫定律：同温度下，同一灰体的吸收率与其黑度 在数值上必相等, 即=a。但意义不同： 表示灰体发射的辐射能占同温度下黑体发射的分数； a 表示外界投入的辐射能可被物体吸收的分数。 推论： 任何物体的辐射能力与其吸收率的比值,恒等于同温度下 黑体的辐射能力,并只和温度有关, 与物体的性质无关。 善于吸收辐射能的物体, 也善于发射辐射能。 在一定温度条件下, 黑体具有最大的辐射能力和吸收率。 克希荷夫定律的另一种表达式：E/a=Eb。
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热辐射
热辐射在生活与工厂中的应用冶金12-A1 马凯李景玉汪鹏飞
一、热辐射﹙thermal radiation ﹚
物体由于具有温度而辐射电磁波的现象。
热量传递的3种方式之一。
一切温度高于绝对零度的物体都能产生热辐射，温度愈高，辐射出的总能量就愈大，短波成分也愈多。
热辐射的光谱是连续谱，波长覆盖范围理论上可从0直至∞，一般的热辐射主要靠波长较长的可见光和红外线。
由于电磁波的传播无需任何介质，所以热辐射是在真空中唯一的传热方式。
由于不同的原因，物体能够向其所在的空间发射各种不同波长的电磁波；不同波长的电磁波具有不同的效应，人们可以利用不同波长的电磁波效应达到一定的目的。
比如，人们可以利用无线电波传送信息，利用x射线穿透物质的能力进行零件探伤，利用热射线传递热能，等等。
热辐射的本质决定了热辐射过程有如下三个特点：
⑴辐射换热与导热、对流换热不同、它不依赖物体的接触而进行热量传递，而导热和对流换热都必须由冷、热物体直接接触或通过中间介质相接触才能进行。
⑵辐射换热过程伴随着能量形式的两次转化，即物体的部分内能转化为电磁波能发射出去，当此波能射及另一物体表面而被吸收时，电磁波能又转化为内能。
⑶一切物体只要其温度T＞0K，都会不断地发射热射线。
当物体间有温差时，高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物体辐射给高温物体的能量，因此总的结果是高温物体把能量传给低温物体。
即使各个物体的温度相同，辐射换热仍在不断进行，只是每一物体辐射出去的能量，等于吸收的能量，从而处于动平衡的状态。
关于热辐射，其重要规律有4个:基尔霍夫辐射定律、普朗克辐射分布定律、斯蒂藩·玻耳兹曼定律、维恩位移定律，这 4 个定律。
有时统称为热辐射定律。
三、发展历史
1889年O.lummer等测定了黑体辐射光谱能量分布的实验数据。
1879年J.Stefan根据实验数据确立了黑体辐射力正比绝对温度的四次方规律。
1884年L.Boltzmann从理论上证实了上述定律。
四、热辐射在工程中的应用
1、太阳能集散热辐射板
将太阳能等可再生能源与建筑物相结合，对于缓解常规能源短缺，改善建筑环境具随着建筑能耗在社会总能耗中的比重越来越大，有重要意义。
人类要解决上述能源问题，实现可持续发展，只能依靠科技的进步，大规模地开发和利用可再生能源。
太阳能集热技术是太阳能利用领域最成熟、应用范围最广泛的技术之一，随着人们生活水平的提高，对室内环境舒适性要求增加的同时，对建筑物的外部美观也有越来越高的要求，因此太阳能集热器组件化和与建筑一体化是太阳能热利用技术发展的趋势，而现有太阳能集热器的组件化设计使得其外观形式和外部材料单一，很难与丰富多变的建筑外围护结构形式和饰面相统一，而且其整体式悬挂、放置或嵌入安装都破坏了建筑外观的美学设计。
因此让太阳能集热器部件作为建筑外围护结构或者建筑外围护结构的构件使用，在美化建筑外观的基础上，不仅为建筑物提供热能，
同时改善建筑外围护结构的热性能，降低建筑能耗，创造一个舒适的室内环境。
由于考虑太阳能集散热辐射板集热和制冷性能的双重目的的需要，太阳能集散热辐射板没有透明覆盖层，采用铜铝复合结构，铝板作为太阳能集散热辐射板的板面，采用市售的l x2xO．001 m型号，铜管作为集散热管，尺寸为西O．008×80．0005 m，铜管与铝板通过自制的导热胶粘接，导热胶导热系数为3．12W／(m·K)，并且铜管背部用带有凹槽的铝型材铆钉固定以防止脱落。
2、热辐射节能材料在陶瓷窑炉中的应用
近年来．研究人员通过一系列的技术革新与研制实验．解决了热辐射材料在窑炉内壁烧结后表面剥离的现象，使热辐射材料得到更加广泛的应用。
辐射热一般是以光束(电磁波的一种)进行传递。
光束由大量携带与波长相对应能量的光子所组成．运动形式是直线传播。
随着波长长短的不同，其能量也不同，波长越短能量越大。
电磁波的特性取决于波长或频率。
在热辐射分析中，通常用波长来描述电磁波。
热辐射节能涂料的化学成分
任何物质由于其独特的分子结构．都有其固有的辐射率(俗称黑度)。
而热辐射节能涂料是以自然资源中被公认为辐射率最高的铬铁矿(FeCr2()。
)为主要成分。
配上已获取专利的特种粘接剂精研调制而成。
热辐射涂料的节能原理
表3为一种热辐射涂料(HRC)的节能效果，根据
热工学著名的辐射热4次方原理即斯蒂芬一波尔兹曼公式：
热辐射节能涂料的四大特点
(1)高辐射率由于热辐射涂料的分子结构稳定，辐射率极高，且对温度的依赖性较小，因此可在大范围温度区域发挥节能效率．即使在1 600℃仍可保持稳定的辐射。
(2)保护墙体辐射涂料的涂厚一般为0．7咖。
液体涂料在1100℃时，会烧结成金属瓷釉状，密固化在热材料表面，不易剥离。
它对耐火砖、浇铸料，尤其是对陶瓷纤维材料起到了很好的保护作用。
三、热辐射的危害与防护
蓄热与过热：烈日下作业，在南方，中午太阳的热辐射强度很高，此强度虽然不算太大，但时间长，也可使人体和作业地点的温度显著上升。
在车间内，若有每小时散热量在20千卡/平米以上的热辐源，由于热源的直接辐射和周围物质设备的二次热辐射，是人体的温度上升。
同时由于对流传热，车间内空气的气温也会上升。
若在夏天，气温可高达10到50摄氏度，再加上太阳辐射、机械转动发热及体散热形成车间内较高的温度和湿度，夏季通常在30摄氏度以上，相对温度往往达85% ~ 90%以上，此时，汗液蒸发十分困难，也将产生蓄热和过热。
人体的生理变化：高温作业中由于蓄热和过热，人体内部会出现一系列的生理变化，主要表现在体温调节、水盐代谢、心血管系统、消化系统、神经系统、泌尿系统等方面。
这些变化在一定程度内是适应性反应，可以忍受。
但是如果超过极限就会损害人体的健康。
中暑：人们在进行体力劳动时，代谢产生的热量和外界吸收的热量不断增加，这就要求人体更多的散发热量，使体温恒定在正常的范围内，在高温或强烈辐射环境下，人们只能通过排汗和汗液蒸发发散热量，人体中的一些器官系统能进行适应性调节，但是高温环境恶劣到一定程度，人体的调节机能不能适应时，余热大量积蓄，人体就会中暑。
中暑分为热射病、日射病、热衰竭和热痉挛。
二热辐射对人体健康危害的预防
一般来说，预防热辐射的措施有三个：一是技术措施，二是保健
措施，三是组织措施。
技术措施的原则是：1.合理设计工艺工程，热源布置应符合以下要求：①尽量布置在车间外面；②采用热压为主的自然通风时，尽量布置在天窗下面；③采用穿堂风为主的自然通风时，尽量布置在夏季主导方向的下风侧；④要便于对热源采用隔热措施；
⑤使工作地点易于采用降温措施，热源之间设置隔板使热空气沿着隔板上升通过天窗排除，以免扩散到整个车间。
2.隔热；3.通风降温。
保健措施：主要是供给合理饮料和补充营养，高温作业工人应补充与出汗量相等的水分和盐分，最好的办法是供给含盐饮料；做好个人的防护工作，可根据不同作业的需要供给工作帽、防护眼镜、面罩、手套、鞋盖、护腿等个人防护用品；加强医疗预防工作，对高温作业人员应进行就业前和入暑前体检。
凡患心、肺、肝、肾血管等疾病重病恢复期及体弱者均不易从事高温作业。
组织措施：关键在于加强领导，改善管理，严格遵守国家卫生标准和《防暑降温措施暂行办法》，另外也要做好集体宿舍和家属宿舍的组织管理工作，最好能调整夜班工人宿舍，避免互相干扰而影响睡眠。
对住家离工厂远的工人可安排在厂矿临时宿舍内休息。