§8-1 辐射基本概念.
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传热学-第八章热辐射基本定律及物体的辐射特性
17
对于指定波长，而在方向上平均的
E 情况，则定义了半球光谱发射率，
即实际物体的光谱辐射力与黑体的
λ
光谱辐射力之比
ε
,T E ,ac etm ua ,iT tlt e E d ,T E ,blac,T kbE o b d, y T
这样，前面定义的半球总发射率则可以写为：
Absorptivity deals with what happens to __________________ _____________, while
emissivity deals with __________________ ___
Semi-transparent medium
24
首先介绍几个概念： 1. 投入辐射：单位时间内投射到单位表面积上的总辐射能 2. 选择性吸收：投入辐射本身具有光谱特性，因此，实际
(4)立体角 定义：球面面积除以球半径的平方称为立体角，单位： sr(球面度)，如图8-8和8-9所示：
dd rA 2c s indd
10
图8-8 立体角定义图
11
图8-9 计算微元立体角的几何关系
12
(5) 定向辐射强度L(, )：
定义：单位时间内，物体在垂直发射方向的单位面积上，
在单位立体角内发射的一切波长的能量，参见图8-10。
E 2 L co d sL
图8-11 Lambert定律图示
14
§ 8-3 实际固体和液体的辐射特性
1 发射率 ❖ 前面定义了黑体的发射特性：同温度下，黑体发射热
辐射的能力最强，包括所有方向和所有波长； ❖ 真实物体表面的发射能力低于同温度下的黑体； ❖ 因此，定义了发射率 (也称为黑度) ：相同温度下，
8-1 热辐射的基本概念
从小孔射入的辐射能,在 空腔内经多次吸收、反射 后，离开小孔出去的能量非 常小，所以小孔可近似为黑 体。
THANKS
近红外:<25 m 远红外线:>25 m
工业上有实际意义的热辐射区域：一般为0.38-100ห้องสมุดไป่ตู้m，
且大部分能量位于红外线区段的0.76-20m内。
二、物体对热辐射的吸收、反射和穿透
当热辐射投射到物体表面上时，一般会发生三种现 象，即吸收、反射和穿透，如图所示。
G G G G G G G 1 GGG
1
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1. 固体和液体： 辐射和吸收是在表面上进行
0, 1
吸收能力大的,反射本领就小。 但玻璃对可见光、短红外线是透明的；
对其它波长的射线，则有 0
反射又分镜反射和漫反射两种
镜反射
漫反射
一般工程材料的表面都形成漫反射。
热辐射的基本概念
一、热辐射的本质和特点
(1) 定义：由热运动产生的，以电磁波形式传递的能量。
(2) 特点：
a) 任何物体，只要温度高于0 K，就会不停地向周围空间 发出热射线；
b) 可以在真空中传播； c) 伴随能量形式的转变。
可见光波段： 0.38-0.76m 全红外线波段： 0.76-1000m
2. 气体（不含颗粒的）： 辐射和吸收是在整个容器中进行
0, 1
吸收性大的气体,其穿透性就差。
3. 三种特殊物体
1）黑体： 1 吸收最大 2）白体： 1
3）透明体： 1 如纯净的空气
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黑体模型(人工黑体):
THANKS
近红外:<25 m 远红外线:>25 m
工业上有实际意义的热辐射区域：一般为0.38-100ห้องสมุดไป่ตู้m，
且大部分能量位于红外线区段的0.76-20m内。
二、物体对热辐射的吸收、反射和穿透
当热辐射投射到物体表面上时，一般会发生三种现 象，即吸收、反射和穿透，如图所示。
G G G G G G G 1 GGG
1
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1. 固体和液体： 辐射和吸收是在表面上进行
0, 1
吸收能力大的,反射本领就小。 但玻璃对可见光、短红外线是透明的；
对其它波长的射线，则有 0
反射又分镜反射和漫反射两种
镜反射
漫反射
一般工程材料的表面都形成漫反射。
热辐射的基本概念
一、热辐射的本质和特点
(1) 定义：由热运动产生的，以电磁波形式传递的能量。
(2) 特点：
a) 任何物体，只要温度高于0 K，就会不停地向周围空间 发出热射线；
b) 可以在真空中传播； c) 伴随能量形式的转变。
可见光波段： 0.38-0.76m 全红外线波段： 0.76-1000m
2. 气体（不含颗粒的）： 辐射和吸收是在整个容器中进行
0, 1
吸收性大的气体,其穿透性就差。
3. 三种特殊物体
1）黑体： 1 吸收最大 2）白体： 1
3）透明体： 1 如纯净的空气
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黑体模型(人工黑体):
第八章 辐射换热
图 8-2 辐射能的吸收、反射与透射
上式可变换为
GA GR GD A R D 1 GGG
公式中的 A、R、D 分别称为物体的吸收率、反射率与透射率。根据 A、R、D 的数值可以定义如下几种 特殊的辐射物体：A=1 的物体称为黑体；如图 8-3 所示，R=1 的物体根据其反射辐射能的方式分为一般 反射体(不规则反射)、白体(漫反射)和镜体(镜面反射)；D=1 的物体称为透明体。一般的，对固体与液体 有 D=0；对气体有 R=0，对称双原子气体和纯净空气可以进一步视为透明体。
例 8-2A 图
假设：(1)灯丝为黑体。 解： 电磁波谱中可见光范围为 0.4~0.76μm，如下图所示。 查表 8-1 知相应的黑体辐射函数为
1T (0.4μm)(2500K) 1000μm K f1 0.000321 2T (0.76μm)(2500K) 1900μm K f2 0.053035
因此，撞击到 F2 表面的辐射能只占整个能量的 0.012%。半球的立体角为 2π，因此 F2 所包含的立体角占 0.0108%，等于 辐射份数的 0.9 倍。因此，即使在辐射强度为常数时，表面包含的立体角也并不能表示表面接受的辐射能的份额。这是因 为表面在给定方向发射的辐射能正比于表面在该方向的投影面积，从 θ=0°时(垂直于表面方向)的最大一直变化到 θ=90°时 (平行于表面方向)的零。
单色辐射力也称为光谱辐射力。
类似的，用方向辐射力 Eθ 描述辐射能按空间分布的性质，即单位时间内物体的单位表面积在一指定 方向的单位立体角内所发射的全部波长的辐射能量。如果微元面积 dF1 在单位时间内沿着 θ 方向的立体 角 dω 内发射的辐射能量为 dQ，则有
E
dQ dF1d
上式可变换为
GA GR GD A R D 1 GGG
公式中的 A、R、D 分别称为物体的吸收率、反射率与透射率。根据 A、R、D 的数值可以定义如下几种 特殊的辐射物体：A=1 的物体称为黑体；如图 8-3 所示，R=1 的物体根据其反射辐射能的方式分为一般 反射体(不规则反射)、白体(漫反射)和镜体(镜面反射)；D=1 的物体称为透明体。一般的，对固体与液体 有 D=0；对气体有 R=0，对称双原子气体和纯净空气可以进一步视为透明体。
例 8-2A 图
假设：(1)灯丝为黑体。 解： 电磁波谱中可见光范围为 0.4~0.76μm，如下图所示。 查表 8-1 知相应的黑体辐射函数为
1T (0.4μm)(2500K) 1000μm K f1 0.000321 2T (0.76μm)(2500K) 1900μm K f2 0.053035
因此，撞击到 F2 表面的辐射能只占整个能量的 0.012%。半球的立体角为 2π，因此 F2 所包含的立体角占 0.0108%，等于 辐射份数的 0.9 倍。因此，即使在辐射强度为常数时，表面包含的立体角也并不能表示表面接受的辐射能的份额。这是因 为表面在给定方向发射的辐射能正比于表面在该方向的投影面积，从 θ=0°时(垂直于表面方向)的最大一直变化到 θ=90°时 (平行于表面方向)的零。
单色辐射力也称为光谱辐射力。
类似的，用方向辐射力 Eθ 描述辐射能按空间分布的性质，即单位时间内物体的单位表面积在一指定 方向的单位立体角内所发射的全部波长的辐射能量。如果微元面积 dF1 在单位时间内沿着 θ 方向的立体 角 dω 内发射的辐射能量为 dQ，则有
E
dQ dF1d
热辐射基本定律及物体的辐射特性
5、光谱辐射（单色辐射） 对于某一特定波长下的辐射称为光谱辐射或单
色辐射。 对光谱辐射相应有光谱吸收比、光谱反射比和
光谱透射比。 1
()() () 1
关于物体的颜色
我们所看到的物体颜色是由于从该表面发出的 单色光线（辐射）投入到了我们的眼睛。
而从表面发出的辐射可能是自身发射的，也可 能是反射投入其表面上的可见光。
的份额分别称为吸收比、反射比 和透射比 。
G
G
G G
G G
1
3、镜反射和漫反射 视物体表面状况（平整程度）和投入辐射的波
长，表面的反射又分为镜反射和漫反射。
(a)镜反射
(b)漫反射
漫反射是把来自任意方向、任意波长的投入辐
射以均匀的强度（不是“能量”）反射到半球空间所 有方向上去。注：除了经特殊处理的金属表面，大
如果仅考虑某特定
p
波长的辐射，那么相应
可见辐射
的量被称为定向光谱辐
面积
射强度 L(,) 。
dA
(4) 定向辐射力
是指单位时间、单位辐射面积向空间指定方向
所在的单位立体角内发射的全波段辐射能量。用
符号 E 表示。
E
d()
dAd
因此可得：
E L()cos
E 2Ed
§8-2 黑体辐射的基本定律
一、黑体与黑体模型
三、斯忒藩-玻耳兹曼定律
黑体辐射的辐射力与温度的关系遵循斯忒藩-波 尔兹曼定律：
E b0 E d0 eC C 2/1 T 5 1dT4
Eb T4
Eb
C0
T 4 100
5.67108 W/2(m K4)
C05.67W/2(m K4)
波段范围内辐射力的计算
《传热学》杨世铭-陶文铨-第八章热辐射汇编
1 透明体：
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8-5
黑体模型
12
§8-2
黑体辐射的基本定律
1.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 波长的能量总和。 (W/m2)； 光谱辐射力Eλ ： 单位时间内，单位波长范围内(包含某一给定波长)，物 体的单位表面积向半球空间发射的能量。 (W/m3)；
6
二 从电磁波的角度描述热辐射的特性
1.传播速率与波长、频率间的关系 热辐射具有一般辐射现象的共性，以光速在空间传播。 电磁波的速率与波长、频率间的关系
c f
式中：f — 频率，s-1; λ— 波长，μm
7
2. 电磁波谱
物体辐射的电磁波波长可以包括整个波谱，如图8-1所示，而 我们所感兴趣的，即工业上有实际意义的热辐射区域一般为 0.1~100μ m。 注1：红外线区段：0.76~20μm 可见光区段：0.38~0.76μm 太阳辐射： 0.2~2μm 注2：波长在1mm~1m之间的电磁波称为微波。
13
E、Eλ关系:
显然， E和Eλ之间具有如下关系：
E
0
E d
黑体一般采用下标b表示，如黑体的辐射力为Eb， 黑体的光谱辐射力为Ebλ
14
2.黑体辐射的三个基本定律及相关性质 (1)Planck定律(第 T )
1
式中，λ— 波长，m ； T — 黑体温度，K ； c1 — 第一辐射常数，3.742×10-16 Wm2； c2 — 第二辐射常数，1.4388×10-2 WK；
辐射基本概念定律总结
Eb
Lb
Tb4
Lb
Tb4
定向辐射强度与空间方向无关是咨意味着黑体的辐射能在 半球空间各方向上是均匀分布的?
答：黑体辐射能按空间方向分布服从兰贝特定律。定 向辐射强度与空间方向无关并不意味着黑体辐射能在半球 空间各个方向均匀分布，因为辐射强度是指单位可见辐射 面积的辐射能，在不同方向，可见辐射面积是不同的，即 定向辐射力是不同的。
8-10、一等温空腔的内表面为漫射体，并维持在均匀的 温度带。有其小上孔有的一温个度面均积匀为的空0.腔02就㎡是的黑小体孔模，型小。孔就面积相对 于空腔内表面积可以忽略。今测得小孔向外界辐射的能 量为辐7射0特W，性试而确言定，空小腔孔内具表有面和的黑温体度表。面如一果样把的空性腔内表 面全质部，抛制光造，空而腔温材度料保本持身不的变吸，收问比这的对大小小孔对向黑外体的辐射 有何影响？
式中，σ= 5.67×10-8 w/(m2K4)，是Stefan-Boltzmann常数。
随着温度的上升，辐射力急剧增加
黑体辐射能按波段分布
实际问题中，有时需要确定 某一特定波长范围内的辐射 能量，即黑体在波长λ1和λ2 区段内所发射的辐射力
Eb
2 1
Eb d
黑体辐射函数: 黑体在0—λ波长范围内发出的辐射能在其辐射力中所占的份额。
发射的所有波长的能量总和。也称为半球总辐射力，(W/m2)；
3 黑体辐射的三个基本定律及其相关性质
(1)Planck定律：
Eb
c15
ec2 (T ) 1
式中，λ— 波长，m ； T — 黑体温度，K ； c1 — 第一辐射常数，
3.742×10-16 Wm2；
c2 — 第二辐射常数，
传热学第8章热辐射基本定律和辐射特性
1. 立体角
A r2
sr 球面度
对整个半球：
A 2r 2 2 sr
对微元立体角：
d
dA r2
s in dd
sr
n θ
dΩ r dA1
立体角定义
dθ dA2
φ dφ
r sind
rd
dA2
2. 定向辐射强度（辐射强度） 物体单位时间单位可见辐射面积单位立体角
内发出的辐射能量。
L( ,) d
n
W /(m2 sr)
引入辐射比 Fb(1 2 )
0
1
2
黑体波段内的辐射力
F b(12 )
E d 2
1
b
0 Eb d
1
0T 4
E d 2
1
b
F F b(02 )
b(01 )
其中： Fb(0) 为黑体辐射函数（表8-1）
则波段内黑体辐射力：
Eb(1 2 ) [Fb(02 ) Fb(01 ) ]Eb
8.2.3 兰贝特定律
dф
dAcosd
θ
dA2
对各向同性物体表面：
dΩ
L( ,) L( )
dA1
dA1cosθ
3. 定向辐射力 单位时间单位面积物体表面向某个方向发射
单位立体角内的辐射能, 称为该物体表面在该 方向上的定向辐射力。Eθ，W/(m2.sr)
4. 兰贝特定律 黑体的定向辐射强度与方向无关， 即半球空间各方向上的辐射强度都相等。
热辐射投射到固体，液体表面上：
1 0
表面性
热辐射投射到气体表面上：
1 0 容积性
（3）固体表面的两种反射现象 ✓镜反射 (Specular reflection) ✓漫反射 (Diffuse reflection) 主要取决于固体表面不平整尺寸 的大小（表面粗糙度）。
第8章大气辐射学
色彩名称 紫 蓝 青 绿 黄 橙 红
波长范围 0.40～0.43微米 0.43～0.47微米 0.47～0.50微米 0.50～0.56微米 0.56～0.59微米 0.59～0.62微米 0.62～0.76微米
（2） 描述辐射场的物理量
辐射通量（radiant flux）：指单位时间能通过某一平面（或虚拟平面）的 辐射能，也称辐射功率，单位J/S或W。辐射通量也可指单位时间内某个表面 发射或接收的辐射能。以ф表示辐射通量。
E W 4π r2
r
在大气辐射中，把来自太阳的直 接辐射看作平行辐射（平行光）
（2） 描述辐射场的物理量
• 辐射源
面辐射源：面辐射源的特点是它可以向2π立体角中发射辐射能。对面辐射源首
先关心的是其辐出度，即通过单位面积在面源的法线方向射出的能量大小（辐射
出射度）或辐射率。以F表示，其单位是W m2。对于某一波长，可写成 F，并
B(
,T
)
1 π
FB
(λ
,T
)
C1
π5
(e
C2
/T
1)
1
• B(,T)称为普朗克函数，也常写为B(T)。
32
（2）平衡辐射基本规律 斯蒂芬–玻尔兹曼定律
• 1879年斯蒂芬由实验发现，1884年波尔兹曼由热力学理论得出：绝对黑 体的积分辐出度与其温度的4次方成正比，即
FT T 4
• σ称为斯蒂芬 – 波尔兹曼常数
灰体 ：如果物体的吸收率不随波长变化，但小于1。例如，地面对于长 波辐射的吸收率近于常数，故认为地面为灰体。
2 辐射的物理规律
（2）平衡辐射基本规律
自然界任何物体都通过辐射过程交换能量。当物体放射出的辐射能恰好等于 吸收的辐射能时，该物体处于辐射平衡。
辐射防护知识培训
辐射防护知识培训目录1. 辐射防护基础知识 (2)1.1 辐射的基本概念 (3)1.2 辐射的种类和来源 (4)1.3 辐射对人体的影响 (5)2. 辐射防护措施 (6)2.1 个人防护设备 (7)2.1.1 防护服和防护眼镜 (8)2.1.2 放射性物质检测器 (9)2.1.3 个人剂量计 (10)2.2 环境防护措施 (11)2.2.1 放射源屏蔽材料和方法 (13)2.2.2 放射性废物处理和储存 (15)2.3 核应急响应 (16)2.3.1 核事故的定义和分类 (18)2.3.2 核应急响应程序和职责 (18)3. 辐射防护法规与标准 (20)3.1 中国辐射防护法规概述 (21)3.2 其他国家和地区的辐射防护法规参考 (22)3.3 IAEA等国际组织的辐射防护指南 (23)4. 实践案例分析与讨论 (25)4.1 辐射防护的成功案例分享 (27)4.2 针对特定场景的辐射防护策略讨论 (28)5. 培训与考核 (29)5.1 培训内容和方法介绍 (29)5.2 通过考试获取认证的相关说明 (30)6. 未来发展趋势与展望 (31)6.1 随着科技发展，辐射防护技术的进步和挑战 (32)6.2 对未来辐射防护工作的建议和展望 (33)1. 辐射防护基础知识辐射是一种自然现象，无时不刻不在我们身边发生。
辐射可以是来自自然界（如宇宙射线、太阳辐射等），也可以是来自人工源（如医疗设备的放射线、核能设施等）。
了解辐射的性质和特点，对于预防辐射伤害和合理利用辐射资源至关重要。
辐射防护是指通过采取一系列措施，防止或减少辐射对人员、财产和环境造成危害。
这包括对辐射源的管理和控制，对人员提供防护措施，以及制定相应的安全标准和法规。
其目的是确保人类活动的安全和健康，同时充分利用辐射的益处。
辐射对人体的影响取决于多种因素，包括辐射类型、剂量、暴露时间以及个体差异等。
不同种类的辐射对人体产生的影响不同，小剂量的辐射可能没有明显影响，但大剂量或长期暴露可能导致健康问题，如皮肤损伤、癌症等。
第八章-热辐射基本定律和辐射基本特性分解
8-3 灰体和基尔霍夫定律
一、实际物体的辐射特性和发射率
▲光谱辐射力随波长呈现不规则的变化；
实际物体 辐射特性：
▲辐射力并不严格地同热力学温度四次方成正比；
▲定向辐射强度在不同方向上有变化谱发射率( )
—修正光谱辐射力Eb
定向发射率( )
—修正定向辐射强度I
★发射率（黑度）ε—— 实际物体的辐射力与同温度下黑体的辐射力的比值。
固体和液体对辐射能的吸收和反射基本上属于表面效应： 金属的表面层厚度小于1m；绝大多数非金属的表面层厚度小 于1mm。
二、黑体模型
能吸收投入到其表面上的所有热辐射能的物体，是 一种科学假想的物体，现实中并不存在。
黑体： 白体或镜体：
1
1
透明体：
1
煤烟、炭黑、粗糙的钢板 0.9以上
黑体吸收和发射辐射能的能力最强
热辐射是热量传递的 基本方式之一，以热辐 射方式进行的热量交换 称为辐射换热。
传热学
第八章 热辐射基本定律和辐射特性
§8-1 热辐射现象的基本概念
1. 热辐射特点
(1) 定义：由热运动产生的，以电磁波形式传递的能量；
(2) 特点：a 任何物体，只要温度高于0K，就会不停地向周
围空间发出热辐射；b 可以在真空中传播；c 伴随能量形
可见光波段的辐射能量比例为 0.545 8－0.099 32 = 0.446 5
0.76 m ~ 40 m红外波段的辐射能量比例
1.0－0.545 8 = 0.454 2
计算表明： (1) 大气层外太阳辐射中可见光的能量比例接近45％，而
40 m以内的红外辐射也占大约45％。 (2) 太阳辐射温度下，40m以上的红外辐射能量几乎为零。
第八章热辐射的基本定律_传热学
发射的一切波长的能量
d () I () dA cos d
单位：W/m2· sr
2) Lambert定律：
黑体表面具有漫辐射性质，在半球空间各个方向辐射强度相等
I 1 I 2 ...... I n
E I cos I n cos En cos
如果已知黑体温度，则可以求得最大单色辐射力 Eb， max 所对应的波长 max
25
讨论：黑体温度在3800K以下时，其峰值波长处在红外线区域。 因此，在一般工程中所遇到的辐射换热，基本上属于红外辐射。
思考：金属在加热过程中，随 着温度的升高，金属颜色呈暗 红、红、黄、白，请解释这一 现象。
Fb 0－T
T E c1 b d T d T f T 5 0 T C2 5 b b T exp 1 T
30
根据黑体辐射函数，可以计算出给定温度下λ1－λ2波段内的 黑体辐射力为：
Eb 1－ 2 Eb Fb 0－ 2T Fb 0－1T
f (T )
23
三、维恩位移定律
黑体的峰值波长 max 与热力学温度T之间的函数关系
Eb
c15 ec
2
( T )
1
根据普朗克定律，将Eb 对 波长求极值，可得： maxT 2897.6m.K
随着温度T的升高，最大单色辐射 力 Eb， 所对应的峰值波长 max max 逐渐向短波方向移动
• 实际物体的辐射力并不严格遵从四次方定律,怎么办？ 认为E∝T4 由此引起的误差修正归入用实验方法确定的中 因此除了与物性有关，还与物体本身的温度有关
39
2 实际物体的光谱辐射力E
E Eb
d () I () dA cos d
单位：W/m2· sr
2) Lambert定律：
黑体表面具有漫辐射性质，在半球空间各个方向辐射强度相等
I 1 I 2 ...... I n
E I cos I n cos En cos
如果已知黑体温度，则可以求得最大单色辐射力 Eb， max 所对应的波长 max
25
讨论：黑体温度在3800K以下时，其峰值波长处在红外线区域。 因此，在一般工程中所遇到的辐射换热，基本上属于红外辐射。
思考：金属在加热过程中，随 着温度的升高，金属颜色呈暗 红、红、黄、白，请解释这一 现象。
Fb 0－T
T E c1 b d T d T f T 5 0 T C2 5 b b T exp 1 T
30
根据黑体辐射函数，可以计算出给定温度下λ1－λ2波段内的 黑体辐射力为：
Eb 1－ 2 Eb Fb 0－ 2T Fb 0－1T
f (T )
23
三、维恩位移定律
黑体的峰值波长 max 与热力学温度T之间的函数关系
Eb
c15 ec
2
( T )
1
根据普朗克定律，将Eb 对 波长求极值，可得： maxT 2897.6m.K
随着温度T的升高，最大单色辐射 力 Eb， 所对应的峰值波长 max max 逐渐向短波方向移动
• 实际物体的辐射力并不严格遵从四次方定律,怎么办？ 认为E∝T4 由此引起的误差修正归入用实验方法确定的中 因此除了与物性有关，还与物体本身的温度有关
39
2 实际物体的光谱辐射力E
E Eb
传热学热辐射基本定律和辐射特性
黑色油漆对可见光吸收比约0.9 。
4.温室效应
暖房： 玻璃和塑料薄膜对λ< 3μm太阳辐射的穿透率很高 对内部的物体热辐射 λ> 3μm常温辐射的穿透率很低
•温室气体：CO2、CFC制冷剂（R12等）对≥3μm的 红外波段吸收率高，而对于太阳辐射穿透率高
光谱辐射力特征： 光谱辐射力随温度升高而增加；
光谱辐射力随波长增加先增后减，具有最大Ebλ 光谱辐射力最大处的波长随温度不同而不同，随温度增加，λmax减小
(2) 维恩位移定律
光谱辐射力最大处的波长λmax与绝对温度T 的乘积为常数。 λmaxT = 2.898×10-3m·K≈ 2.9×10-3m·K =2900μm·K
E
d( )
dA d
E 2 E d
d():面积dA的微元面积，向空间纬度角方向的微 元立体角d内辐射的能量
兰贝特定律—— 黑体按空间方向的分布规律
表述1：黑体辐射的定向辐射强度与方向无关，即半球空间的各方向上的定 向辐射强度相等：
d( ) dAcos d
=I b
const
表述2：黑体单位辐射面积,单位立体角的定向辐射力
说明： （1）工程上遇到温度范围，热射线集中在红外范 围内（ 0.76~20μm ） （2）太阳辐射可见光占44.8%，红外线占45.1%， 紫外线占10.1% （3）常温20℃以下物体辐射几乎在3μm以上的红 外。
➢ 物体表面对热辐射的作用
（1）物体对热辐射的吸收、反射与穿透
根据能量守恒，有以下平衡方程：
微元立体角
d
dAc r2
➢ 黑体的定向辐射强度和定向辐射力：
E
d( )
dA d
实验测定 黑体
Eb,
第八章 热辐射基本定律和辐射特性(20190415)
E Eb
0 ()Ebd T4
实际物体光谱辐射力小于同温度 下黑体同一波长的光谱辐射力。
实际物体光谱辐射力随波长和方 向作不规则变化。
与波长无关----灰体
8.3 实际固体和液体的辐射特性
3 实际物体的定向辐射强度
定向发射率及其随θ角的变化规律
实际物体的定向辐射强度与 黑体的定向辐射强度之比为 定向发射率（定向黑度）：
第八章 热辐射基本定律和辐射特性
主讲人：潘冬梅 华南理工大学机械与汽车工程学院
主要内容
8.1 热辐射现象的基本概念 8.2 黑体热辐射的基本定律 8.3 实际固体和液体的辐射特性 8.4 实际物体对辐射能的吸收与辐射的关系
8.1 热辐射现象的基本概念
8.1 热辐射现象的基本概念
1 热辐射的特性
辐射力与黑体半球总辐射力之比。
E E Eb T 4
实际物体的辐射力可以表示为：
E
Eb
T
4
C0
(T 100
)
4
一般通过实验测得，只取 决于物体本身
8.3 实际固体和液体的辐射特性
2 实际物体的光谱辐射力
光谱发射率（单色黑度） ε(λ) = Eλ Ebλ
实际物体的光谱发射率与发射率
1
d
T 4
8.2 黑体热辐射的基本定律
黑体2 辐普射朗函克数定（律黑体辐射能按波段的分布）
从0到某个波长的波段的黑体辐射能
Eb(0 ) 0 Eb d
这份能量在黑体辐射力中所占的百分数为：
可查表
P360
Fb(0)
0 Eb d T 4
《传热学》第8章-热辐射基本定律及物体的辐射特性
2. 斯忒藩—玻耳兹曼定律
v 斯忒藩（J. Stefan）—玻耳兹曼（D. Boltzmann）定律确 定了黑体的辐射力Eb与热力学温度T之间的关系
v 斯忒藩在1879年从实验中得出，后来玻耳兹曼于1884年运
用热力学理论进行了证明。
斯忒藩—玻耳兹曼 常数，又称为黑体
辐射常数
Eb = σT 4
σ= 5.67×10-8
光谱辐射力: 只对某一波长辐射能的辐射力, Eλ ,单位为W/m3。
∞
∫ E =
E
0
λ
dλ
定向辐射力: 单位时间内，单位面积物体表面向某个方向发射 的单位立体角内的辐射能 , Eθ,单位是W/(m2⋅Sr)。
∫ E = Ω=2π Eθ dΩ
∫ E = L(θ) cosθdΩ Ω =2π
2
8-2 黑体辐射的基本定律
∫ ∫ Fb(λ1−λ2 ) =
Eb(λ1 −λ2 ) Eb
=
λ2 0
Ebλ dλ
−
Eb
λ1 0
Ebλ dλ
Eb
=
Fb (0−λ2 ) −
Fb (0−λ1 )
[ ] E = b(λ1 −λ2 ) Fb(0−λ2T ) − Fb (0−λ1T ) Eb
例题
v 试计算太阳辐射中可见光所占的比例。
解：太阳可认为是表面温度为T = 5762 K的黑体，可见光的 波长范围是0.38～0.76µm ，即λ1 = 0.38 µm , λ2 = 0.76 µm , 于是
∞
2 Ebλ dλ Eb
Fb(0−2) =0.02 .6341
= 0.45Fb(0−2) + 0.1(1− Fb(0−2) )
0.1
第八章 热辐射的基本定律
第八章热辐射的基本定律8.1热辐射的基本概念8.2黑体辐射的基本定律8.3基尔霍夫定律热辐射是三种基本的热量传递方式之一，它的传热机理与热传导、热对流有着根本的不同。
热传导是依靠分子、原子以及自由电子等微观粒子的热运动而进行的热量传递的现象，热对流靠的是流体的宏观运动，而热辐射靠的是电磁波的运动。
因此，它的研究方法也有着自身的特点。
任何物体只要温度高于绝对零度，它就能源源不断地以热辐射的方式向外界辐射能量，同时它也不断地吸收投射到自己身上的热辐射。
因此，热辐射是一种非常普遍的热量传递现象，辐射传热问题也在工程领域和科学研究中普遍存在，尤其是高温物体传热、红外加热技术、航空航天工程、辐射采暖等领域中占有非常重要的地位。
8.1 热辐射的基本概念8.1.1 热辐射的定义和特点定义：由于自身温度或者热运动的原因而激发出电磁波的方式称为热辐射。
工程上的一般物体，它们热辐射的大部分波长位于0.76～20之间，只有对于太阳辐射才考虑波长在0.1～20之间的热射线。
因此，除特殊说明，我们一般涉及的热射线都是指红外线。
特点：任何物体，只要温度高于绝对零度，就会不停的向周围空间发射辐射能；具有电磁波的共性（比如波动性、粒子性）；c νλ=⋅不需要冷热物体的直接接触，即便在真空中热辐射也能进行；在辐射换热过程中伴随着能量形式的转化物体的热力学能电磁波能物体的热力学能物体间以热辐射方式进行热量传递是双向的；8.1.2 辐射能的吸收、透射和反射G α吸收反射透射投射辐射G G ρG τ根据能量守恒定律，应有：G G G G αρτ=++等式两边同时除以G ，得：1G G G G G G ρατ++=吸收率反射率透射率αρτ1αρτ++=由此可见，、、分别表示表面对于投射辐射吸收、反射和透射能力的大小。
ρατ大多数固体、液体对于投射辐射是不透射的；0τ=()1αρ+=结论1：善于吸收的物体就不善于反射；结论2：物体表面状况对吸收和反射特性影响很大；分析：气体对热辐射几乎没有反射能力；0ρ=()1ατ+=结论：气体的辐射和吸收在整个气体容积中进行；三个理想物体注意：1. 黑体、白体、透明体应该是针对所有波长的投人造黑体模型8.1.3 两个重要的辐射参数1．辐射力定义：单位时间内，物体每单位表面积向半球空间发射的全部波长的电磁波能量的总和，用E 表示，单位。
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？
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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
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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
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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
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马 强
承德石油高专热工系
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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
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一、热辐射的本质和特点
中国石油大学第8章-热辐射基本定律和辐射特性
角 dΩ 内 辐 射 出 去 的 能 量 为 dΦ
（θ），则实验测定表明：
d dAd
I cos
I=常数
I
d dA cos d
定义：单位时间内，黑体单位可见辐射面 积发射出去的落到空间任意方向的单位立 体角中的能量，称为定向辐射强度， W/(m2.sr)
③只要T>0K,就有能量辐射。高温物体低温物体双 向辐射热能
④物体的辐射能力与绝对温度的四次方成正比。
⑤电磁波遵循c =νλ规律
二、从电磁波角度描述热辐射的特性
1、传播速率与波长、频率间的关系 热辐射具有一般辐射现象的共性。各种电磁波 都以光速在空间传播，这是电磁辐射的共性，热辐 射也不例外。
c =ν λ
d dAd I cos
说明黑体的定向辐射力随纬度角 呈余弦规律变化。
Lambert定律也称为余弦定律。黑体辐射能在空间不同
方向上的分布不均匀：法向最大，切向最小（为零）。
（6） Lambert 定律与斯忒藩-玻尔兹曼定律间的关系 对
d dAd I cos
2
I b d cos sin d I b
0 0
遵守兰贝特定律的辐射，数值上其辐射力等于定向辐射 强度的π倍。
黑体辐射定律小结
Stefan-Boltzmann定律：描述黑体的辐射力，正比例于热
力学温度的四次方。在某一温度下向半球空间所有方向辐 射的全部波长的能量，即对方向和波长都积分的结果。
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。
传热学-第八章 热辐射特性
§ 8-3 固体和液体的辐射特性
发射率 前面定义了黑体的发射特性：同温度下，黑体发射热辐 射的能力最强，包括所有方向和所有波长；
真实物体表面的发射能力低于同温度下的黑体；
因此，定义了发射率 (也称为黑度) ：相同温度下，实际 物体的半球总辐射力与黑体半球总辐射力之比:
E E 4 Eb T
c2 T
5
0
1
d T
0
内所发射的辐射力：
Eb 1 2 Fb 0 2 Fb 0 1 Eb
图8-7 特定波长区段内的黑体辐射力
11
立体角
定义：球面面积除以球半径的平方称为立体角，单位：sr(球面度)
dAc rd r sin d d 2 sin d d 2 r r
0.76 0.38
Eb dλ=0.45Fb0.380.76 Eb
E 0.380.76 E
§8-4
实际物体对辐射能的吸收与辐射的关系
上一节简单介绍了实际物体的发射情况，那么当外界 的辐射投入到物体表面上时，该物体对投入辐射吸收 的情况又是如何呢？
Semi-transparent medium
吸收比为
吸收的总能量 1 投入的总能量
0
( , T1 ) ( , T2 ) Eb (T2 )d
0
( , T2 ) Eb (T2 )d
f (T1 , T2 , 表面1的性质， 表面2的性质)
32
如果投入辐射来自黑体，由于 b ( , T2 ) 1 ，则上式可为
第八章 热辐射基本定律 和辐射特性
1
§8-1 热辐射的基本概念
8.热辐射基本定率与辐射特性
8.2.3 Stefan-Boltzmann定律 E b0 E b d0 ec2c (1 T )5 1dT4
式中，σ= 5.67×10-8 w/(m2K4)，是Stefan-Boltzmann常数。
波段辐射与辐射函数
黑体在波长λ1和λ2区段内所发 射的辐射力，如图所示：
Eb1~2
1 T 2 μ m 25 K 0 50 μ0 K m 0
查表得
Fb0~2 0.6341
1Fb0~221Fb0~2
0.450.63401.110.6341
0.322
E E b 0 .3 2 5 .6 2 1 7 8 0 W m 2K 4 25 K 4 00
7 .1 1 35 W 0m 2
辐射力与定向辐射力间的关系
E0 2E d 0 2I,co d s
辐射力与定向辐射强度的关系
E02I,cods
8.2.2 Planck定律
Eb
c15
ec2 (T) 1
式中，λ— 波长，m ;T — 黑体温 度，K ；c1 — 第一辐射常数， 3.742×10-16 Wm2; c2 — 第二辐射 常数，1.4388×10-2 WK；
定义为单位时间单位辐射面积向半球空间某一方向 上单位立体角内发出的所以波长的辐射能。
E
d dA d
★ 定向辐射力以单位实际辐射面积为度量依据， 而定向辐射强度以单位可见面积为度量依据
辐射力与光谱辐射力间的关系
E Ed 0
辐射强度与光谱辐射强度间的关系
I,0I,d
定向辐射力与定向辐射强度的关系
E I,co s
米的宇宙射线。 • 由于热的原因而产生的电磁波辐射称为热辐射。
热辐射区别于导热、对流的特点
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第八章 热辐射的基本定律
Chapter8 The Basic Laws of Thermal Radiation
建筑工程系
The Department of Construction Engineering
Heat Transfer
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二、吸收、反射和穿透
Logo
1、投入辐射能 w
单位时间内投射到物体表面上的全波长范围内的辐射能。
Heat Transfer
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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
二、吸收、反射和穿透
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2、吸收α、反射ρ、穿透τ
Φα Φρ Φτ = Φ
吸收比：
= Φα
Φ
反射比：
= Φρ
Φ
=1
穿透比：
= Φτ
Φ
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子的传热系数比前排高，但不会无限增强下去。 B、液体被加热时强化管内对流传热，被冷却时削弱管内对流传热；气
体反之。 C、管内有二次环流会增强传热，但流动阻力也会增加。 D、短管入口效应对管内的对流传热没有影响。
Heat Transfer
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B、等温面彼此不相交，等温面内无热量传递。
C、温度梯度方向是沿等温线法线方向指向温度降 低的方向。
D、热流方向是沿等温线法线方向指向温度降低的
方向。
Heat Transfer
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6、对于热导率不同的多层的平壁和圆筒壁导热，下列说法不正确的 是。
珠状凝结
Heat Transfer
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3、对流与对流传热是不同的概念，对流按动力分
对流和
对流。
4、加热面上能产生气泡的地点称为 。
5、关于等温面、温度梯度、热流方向，说法不正 确的是 。
A、物体内等温面越密集的地方，温度变化越剧烈。
二、吸收、反射和穿透
2、吸收α、反射ρ、穿透τ
对于大多数的固体和液体：
= 0, = 1
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二、吸收、反射和穿透
2、吸收α、反射ρ、穿透τ
气体对热辐射几乎没有反射能力
频率 f 的关系可用普朗克公式表示：
e=hf
h = 6.63 ×1034J . s — 普朗克常数
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4、热辐射的特点：
(1) 不依靠物质接触而进行热量传递； (2) 辐射换热过程伴随能量形式的转化； (3) 一切物体只要温度大于 0 K，都会不停地发射 热射线。
A、多层圆筒壁内外层颠倒后，总热阻发生变化。 B、多层平壁内外层颠倒后，总热阻不发生变化。 C、对于多层圆筒壁导热，热导率小的材料包在里层，总热阻会
增大，热损失减小。 D、对于多层平壁导热，内外层可以随意颠倒。 7、下列说法不正确的是 。 A、在横掠管束的对流传热中，在前排管子的尾迹涡旋作用下，后排管
热辐射是电磁辐射（电磁波）的一种,电磁波波长从几 万分之一微米到nsfer
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λ = 0.38 ~ 0.76m 的电磁波属可见光 4 ×103 < λ < 0.38m ：紫外线、x射线、射线等 λ = 0.76 ~ 1000m 的电磁波称红外线 λ > 1000m ：无线电波 λ = 0.1 ~ 100m ：热射线
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热辐射具有一般辐射现象的共性。以光速传播：
c=λ*f
c —电磁波的传播速率，3 ×108 m /s
f — 频率[1 /s]; λ — 波长[m]
辐射的本质及其传播过程除用电磁波理论说明之外，对 有些现象还需进一步用量子理论来解释即：辐射的本质既具 有波动性，又具有粒子性。辐射的粒子性表明：辐射是离散 的量子化能量束，是光子传播能量的过程。光子的能量 e 与
§8-1 热辐射基本概念
一、热辐射的本质和特点
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１、辐射：发射辐射能是各类物质的固有特性。当原子内部 的电子受激和振动时，产生交替变化的电场和磁场，发出电 磁波向空间传播，这就是辐射。
2、热辐射:由于自身温度或热运动的原因激发产生的电磁波 传播，就称热辐射。
Heat Transfer
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复习题
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1、物体被加热或冷却时，若物体的几何尺
寸很小，或表面传热系数极低，那么物体
内部的温度差别很小，可近似认为温度分
布与空间无关，仅随 变化，可以用其
内部任一点温度t表示整个导热体温度。此
时可采用
法计算非稳态导热。当Biv
＞0.1时，采用数学分析解或查诺谟图法求
解。
2、膜状凝结时对流换热系数 。
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3、电磁波谱
能量辐射现象普遍存在：太阳离地球1 亿5 千万公里、表 面 温 度 6000K ， 向 地 球 辐 射能量。
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1、投入辐射能 w
单位时间内投射到物体表面上的全波长范围内的辐射能。
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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
二、吸收、反射和穿透
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2、吸收α、反射ρ、穿透τ
Φα Φρ Φτ = Φ
吸收比：
= Φα
Φ
反射比：
= Φρ
Φ
=1
穿透比：
= Φτ
Φ
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子的传热系数比前排高，但不会无限增强下去。 B、液体被加热时强化管内对流传热，被冷却时削弱管内对流传热；气
体反之。 C、管内有二次环流会增强传热，但流动阻力也会增加。 D、短管入口效应对管内的对流传热没有影响。
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B、等温面彼此不相交，等温面内无热量传递。
C、温度梯度方向是沿等温线法线方向指向温度降 低的方向。
D、热流方向是沿等温线法线方向指向温度降低的
方向。
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6、对于热导率不同的多层的平壁和圆筒壁导热，下列说法不正确的 是。
珠状凝结
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3、对流与对流传热是不同的概念，对流按动力分
对流和
对流。
4、加热面上能产生气泡的地点称为 。
5、关于等温面、温度梯度、热流方向，说法不正 确的是 。
A、物体内等温面越密集的地方，温度变化越剧烈。
二、吸收、反射和穿透
2、吸收α、反射ρ、穿透τ
对于大多数的固体和液体：
= 0, = 1
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二、吸收、反射和穿透
2、吸收α、反射ρ、穿透τ
气体对热辐射几乎没有反射能力
频率 f 的关系可用普朗克公式表示：
e=hf
h = 6.63 ×1034J . s — 普朗克常数
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4、热辐射的特点：
(1) 不依靠物质接触而进行热量传递； (2) 辐射换热过程伴随能量形式的转化； (3) 一切物体只要温度大于 0 K，都会不停地发射 热射线。
A、多层圆筒壁内外层颠倒后，总热阻发生变化。 B、多层平壁内外层颠倒后，总热阻不发生变化。 C、对于多层圆筒壁导热，热导率小的材料包在里层，总热阻会
增大，热损失减小。 D、对于多层平壁导热，内外层可以随意颠倒。 7、下列说法不正确的是 。 A、在横掠管束的对流传热中，在前排管子的尾迹涡旋作用下，后排管
热辐射是电磁辐射（电磁波）的一种,电磁波波长从几 万分之一微米到nsfer
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λ = 0.38 ~ 0.76m 的电磁波属可见光 4 ×103 < λ < 0.38m ：紫外线、x射线、射线等 λ = 0.76 ~ 1000m 的电磁波称红外线 λ > 1000m ：无线电波 λ = 0.1 ~ 100m ：热射线
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热辐射具有一般辐射现象的共性。以光速传播：
c=λ*f
c —电磁波的传播速率，3 ×108 m /s
f — 频率[1 /s]; λ — 波长[m]
辐射的本质及其传播过程除用电磁波理论说明之外，对 有些现象还需进一步用量子理论来解释即：辐射的本质既具 有波动性，又具有粒子性。辐射的粒子性表明：辐射是离散 的量子化能量束，是光子传播能量的过程。光子的能量 e 与
§8-1 热辐射基本概念
一、热辐射的本质和特点
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１、辐射：发射辐射能是各类物质的固有特性。当原子内部 的电子受激和振动时，产生交替变化的电场和磁场，发出电 磁波向空间传播，这就是辐射。
2、热辐射:由于自身温度或热运动的原因激发产生的电磁波 传播，就称热辐射。
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复习题
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1、物体被加热或冷却时，若物体的几何尺
寸很小，或表面传热系数极低，那么物体
内部的温度差别很小，可近似认为温度分
布与空间无关，仅随 变化，可以用其
内部任一点温度t表示整个导热体温度。此
时可采用
法计算非稳态导热。当Biv
＞0.1时，采用数学分析解或查诺谟图法求
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2、膜状凝结时对流换热系数 。
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3、电磁波谱
能量辐射现象普遍存在：太阳离地球1 亿5 千万公里、表 面 温 度 6000K ， 向 地 球 辐 射能量。