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第六节 辐射传热4-6-1 基本概念和定律一、基本概念物体以电磁波的形式传递能量的过程称为辐射，被传递的能量为辐射能。
当物体因热的原因而引起电磁波的辐射即称热辐射。
电磁波的波长范围很广，但能被物体吸收转变成热能的辐射线主要是可见光线和红外光线，也即波长在0.4~20μm 的部分，此部分称为热射线。
波长在0.4~0.8μm 的可见光线的辐射能仅占很小一部分，对热辐射起决定作用的是红外光线。
热射线的可见光线一样，服从反射和折射定律，能在均一介质中作直线传播。
在真空中和绝大多数气体中，热射线可完全透过，但不能透过工业上常见的大多数液体和固体。
如图4-31所示，投射在某一物体表面上的总辐射能为Q ，其中有一部分能量Q a 被吸收，一部分能量Q R 被反射，余下的能量Q D 透过物体。
根据能量守恒定律得：Q Q Q Q D R a =++即 1=++Q Q Q Q Q Q D R a （4-96）或 a+R+D =1式中 a =QQ a ——物体的吸收率，无因次；R =QQ R ——物体的反射率，无因次；D =QQ D ——物体的透过率，无因次。
当a =1，称为黑体或绝对黑体，表示物体能全部吸收辐射能。
当R =1，称为镜体或绝对白体，表示物体能全部反射辐射能。
当D =1，称为透射体，表示物体能全部透过辐射能。
实际上绝对黑体和绝对白体并不存在，只能是接近于黑体或镜体。
吸收率a 、反射率R 和透过率D 的大小取决于物体的性质、表面状况及辐射的波长等。
能以相同的吸收率且部分地吸收由0到∞所有波长范围的辐射能的物体定义为灰体，灰体也是理想物体，但大多数工业上常见的固体材料可视为灰体。
二、斯蒂芬－波尔兹曼定律理论研究表明，黑体的辐射能流率为单位时间单位黑体表面向外界辐射的全部波长的总能量，服从斯蒂芬－波尔兹曼定律：40T b σψ= （4-97） 式中 b ψ——黑体的辐射能流率，W/m 2；图4-31 辐射能的吸 收、反射和透过0σ——黑体的辐射常数，其值为5.67×10－8W/（m 2·K 4）；T ——黑体的绝对温度，K 。
辐射基本定律的描述及公式一、普朗克定律。
1. 描述。
- 普朗克定律揭示了黑体辐射能量按波长的分布规律。
它指出在绝对温度T 下，黑体在波长λ处的单色辐射力E_bλ与波长、温度之间存在特定的关系。
2. 公式。
- E_bλ(λ,T)=frac{C_1}{λ^5<=ft(e^frac{C_2{λ T}} - 1)}- 其中，C_1=2π hc^2=3.742×10^ - 16W· m^2（第一辐射常数），h =6.626×10^-34J· s（普朗克常数），c = 3×10^8m/s（真空中光速）；C_2=(hc)/(k)=1.439×10^-2m· K（第二辐射常数），k = 1.381×10^-23J/K（玻尔兹曼常数）。
二、斯蒂芬 - 玻尔兹曼定律。
1. 描述。
- 斯蒂芬 - 玻尔兹曼定律表明黑体的辐射力E_b与其绝对温度T的四次方成正比。
它是在普朗克定律的基础上对所有波长的辐射能进行积分得到的结果。
2. 公式。
- E_b=σ T^4- 其中，σ=frac{2π^5k^4}{15h^3c^2} = 5.67×10^-8W/(m^2· K^4)（斯蒂芬 - 玻尔兹曼常数）。
三、维恩位移定律。
1. 描述。
- 维恩位移定律指出黑体辐射光谱中辐射最强的波长λ_max与黑体的绝对温度T成反比。
随着温度的升高，黑体辐射的峰值波长向短波方向移动。
2. 公式。
- λ_maxT = b- 其中，b = 2.898×10^-3m· K。
