7.3 辐射传热
物体以电磁波方式传递能量的过程称为辐射，被传递的能量称为辐射能。不同波长的电磁波所载运的辐射能差别很大。热射线波长范围为0.1～100μm，包括紫外线、可见光和部分红外线。此范围内的电磁波被物体吸收时，可以显著地转变为热能，因此称该范围内的电磁波为“热射线”，通过热射线的传热过程叫做热辐射。其产生的机理是：当向物体供给能量后（如受热、电子撞击、光照射及化学反应等），使其中部分分子或原子升到“激发态”，而分子或原子均有自发地回到低能态的趋势，此时，能量就以电磁波辐射形式辐射出来。按照波长的不同，电磁波包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线及宇宙射线。与导热和对流换热相比，它是依赖电磁波和光子来传递能量。
热射线与可见光一样，可以在真空中及气体中传播。热射线产生的辐射能投射到物体上，有一部分被吸收，一部分被物体反射，还有一部分透过物体到空间中去。被吸收的辐射能与入射辐射能之比，称为吸收率。反射辐射能与入射辐射能之比，称为反射率。透射的辐射能与入射辐射能之比，称为透射率。
吸收率为1的物体，称为绝对黑体或黑体。反射率等于1的物体，称为绝对白体或镜体。透射率为1的物体，称为透热体。O2、N2、H2、He均可视为透热体。黑体和镜体都是理想物体，实际上并不存在。
物体表面单位时间、单位面积向半球空间发射的全波长的辐射能量称为辐射力，以符号E表示，单位为W/m2，实际上就是物体辐射的总热流密度。黑体的辐射力由斯蒂芬-玻尔兹曼定律给出：
（7-8a）
或 
（7-8b）
式中 Eb——物体辐射的总热流密度，W/m2；
σ0——斯蒂芬-玻尔兹曼常数，也称黑体辐射常数，其值为5.67×10-8W/（m2·K4）；
Cb——黑体辐射系数，其值为5.67W/（m2·K4）；
T——黑体热力学温度，K。
各种物体实际辐射力均低于同温下黑体辐射力。物体的辐射力与同温下黑体辐射力之比，称为该物体的发射率（emissivity），也称黑度，用符号ε表示，即ε=E/Eb，E为实际物体的辐射力。由此可见，实际物体的辐射力为
（7-9a）
或 
（7-9b）
显然，在工程计算上，只要知道物体的发射率，便可由式（7-9a）或式（7-9b）计算出该物体的辐射力。
7.3.1 一个表面被另一个表面全包围辐射换热
换热简图如图7-3所示。两表面辐射热流量用下式计算
（7-10）
式中 Q1，Q2——两表面辐射热流量，W；
A1，A2——两表面面积，m2；
T1，T2——两表面温度，K；
——平均发射率。
（7-11）
式中 ε1、ε2——两表面发射率。
图7-3 一个表面被另一个表面所包围换热简图
7.3.2 两平行表面之间辐射换热
两平行表面之间辐射换热热流量，用下式计算
（7-12）
式中 Q1，Q2——辐射换热热流量，W；
T1，T2——两表面温度，K；
A——表面面积，m2；
——平均发射率。
图7-4 两表面之间置入n块辐射屏的辐射换热
（7-13）
式中 ε1、ε2——两表面发射率。
7.3.3 两个表面之间置入n块辐射屏
换热简图如图7-4所示。辐射换热热流量用下式计算
（7-14）
式中 Qn——两板之间置入n块辐射屏后的辐射热流量，W；
ε——各板发射率；
T1，T2——两表面温度，K。
7.3.4 各种材料的发射率
①金属材料发射率ε值见表7-14。
表7-14 金属材料发射率ε值
注：A—用甲苯清洗过，然后用甲烷再洗后；B2—用磨砂肥皂和水、甲苯、甲烷依次清洗过；C—抛光后，再用肥皂和水清洗过。
②金属材料在76K下对300K表面的发射率见表7-15。
表7-15 一些金属材料在76K时对300K表面的发射率ε（吸收系数α）
③不同温度下金属材料的发射率见表7-16。
表7-16 一些材料在不同温度与状态下的发射率ε（或吸收系数α）
④非金属材料发射率见表7-17。
表7-17 非金属材料发射率ε值
⑤低温泵用材料发射率见表7-18。
表7-18 低温泵用材料发射率ε
⑥常用热控涂层的发射率见表7-19。
表7-19 几种常用热控涂层的发射率
