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《传热学》 第八章 热辐射基础和辐射特性 一、热辐射现象 ★★★ 1.热辐射的本质和特点 ★★ 由物体的热运动而产生的电磁辐射称为热辐射。其主要特点有：任何只要温度高于0K的物体都会不停地向周围空间发出热辐射；热辐射不需要通过任何介质来实现热量的传递，可以在真空中传播；物体在辐射换热过程中发生了电磁能与热能两种能量形式的转换。 热辐射处于整个电磁波谱的中段，工程上最感兴趣的是波长约从0.38 —0.76 的可见光和波长从可见光谱的红端之外延伸到1000 的红外线。 2.物体表面对电磁波的作用 ★★★★ 当热辐射投射到物体表面时，一般会发生吸收、反射和穿透三种现象。单位时间内投射到单位物体表面的辐射能量称为投入辐射 ，吸收辐射能为 ，反射辐射能为 ，投射辐射能为 。根据能量守恒定律有 。吸收比 ，反射比为 ，透射比为 ，则有 。 对于大多数的固体和液体： ；对于不含颗粒的气体： ；对于黑体： ；对于镜体或白体： ；对于透明体： 。 同理，如果投入辐射是某一波长 的辐射能 ，则有单色吸收比 ，单设反射比 ，单色透射比 。 3.黑体 ★★★★ 当吸收比 时，所有入射辐射的能量全部都被物体吸收，这种理想的吸收体则称为绝对黑体，简称黑体。黑体是一种理想物体，自然界是不存在的。而灰体是指单色吸收比与波长无关的碱性物体，即 分别等于常数，即 ， 。 4.辐射力与辐射强度 ★★★★★ （1）辐射力 辐射力是指单位时间内每单位辐射面积向半球空间一切方向发射出去的所有波长的辐射能量，用符号 表示，单位 。单色辐射力是指单位时间内物体每单位辐射面积向半球空间一切方向发射出去的某一波长范围的辐射能量，用符号 表示，单位 。单色辐射力与辐射力之间有一下关系： 单位时间内物体每单位辐射面积向半球空间中某一个方向上单位立体角内辐射的所有波长的辐射能量称为方向辐射力，用 表示，单位为 。方向辐射力与辐射力之间的关系为： （2）辐射强度 ①立体角：半径为r的球面上面积 与球心所对应的空间角度称为立体角，计算公式 ，单位为 （球面度），如图8-1所示。 图8-1 ②辐射强度：通常把单位时间内某一辐射方向上物体每单位可见面积向该方向单位立体角内辐射的一切波长的能量称之为该方向上的辐射强度，用符号 表示，单位为 。辐射强度表示空间内任意位置的辐射能的强度（能流密度）。依据辐射强度的定义有： 在 波长范围内单位波长的辐射强度称为单色辐射强度，单位为 。 辐射强度与单色辐射强度之间的关系为 ； 辐射强度与定向辐射力之间的关系为 ； 辐射强度与辐射力之间的关系为 。 二、黑体辐射的基本定律 ★★★★★ 1.普朗克定律 ★★★★ 黑体的单色辐射力随波长和温度的变化规律由普朗克定律描述： 式中： ——波长， ； ——黑体的绝对温度， ； ——普朗克第一常数， ； ——普朗克第二常数， 。 黑体的光谱辐射力具有一些特点：温度越高，同一波长下的单色辐射力越大。 （1）在一定的温度下，黑体的单色辐射力随着波长的增加，先是增加，然后又减小，在某一波长下具有最大值。 （2）随着温度的升高， 取得最大值的波长 越来越小。 2.维恩位移定理 ★★★★★ 对应于最大单色辐射力的波长 与物体的绝对温度 存在着如下关系： 3.斯蒂芬—波尔兹曼定律 ★★★★ 黑体的辐射力与热力学温度 有如下关系： 式中， ，为斯蒂芬—波尔兹曼常数，又称黑体辐射常数。 黑体在波长 区段所发射出的辐射能（即波段辐射力）为： 波段辐射力占黑体辐射力的百分数 而根据普朗克定律表达式： 为黑体辐射函数，表示温度为T的黑体所发射的辐射能中在波段 内的辐射能所占百分数。
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