7.3 輻射傳熱
物體以電磁波方式傳遞能量的過程稱為輻射，被傳遞的能量稱為輻射能。不同波長的電磁波所載運的輻射能差別很大。熱射線波長范圍為0.1～100μm，包括紫外線、可見光和部分紅外線。此范圍內的電磁波被物體吸收時，可以顯著地轉變為熱能，因此稱該范圍內的電磁波為“熱射線”，通過熱射線的傳熱過程叫做熱輻射。其產生的機理是：當向物體供給能量后（如受熱、電子撞擊、光照射及化學反應等），使其中部分分子或原子升到“激發態”，而分子或原子均有自發地回到低能態的趨勢，此時，能量就以電磁波輻射形式輻射出來。按照波長的不同，電磁波包括無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線及宇宙射線。與導熱和對流換熱相比，它是依賴電磁波和光子來傳遞能量。
熱射線與可見光一樣，可以在真空中及氣體中傳播。熱射線產生的輻射能投射到物體上，有一部分被吸收，一部分被物體反射，還有一部分透過物體到空間中去。被吸收的輻射能與入射輻射能之比，稱為吸收率。反射輻射能與入射輻射能之比，稱為反射率。透射的輻射能與入射輻射能之比，稱為透射率。
吸收率為1的物體，稱為絕對黑體或黑體。反射率等于1的物體，稱為絕對白體或鏡體。透射率為1的物體，稱為透熱體。O2、N2、H2、He均可視為透熱體。黑體和鏡體都是理想物體，實際上并不存在。
物體表面單位時間、單位面積向半球空間發射的全波長的輻射能量稱為輻射力，以符號E表示，單位為W/m2，實際上就是物體輻射的總熱流密度。黑體的輻射力由斯蒂芬-玻爾茲曼定律給出：
（7-8a）
或 
（7-8b）
式中 Eb——物體輻射的總熱流密度，W/m2；
σ0——斯蒂芬-玻爾茲曼常數，也稱黑體輻射常數，其值為5.67×10-8W/（m2·K4）；
Cb——黑體輻射系數，其值為5.67W/（m2·K4）；
T——黑體熱力學溫度，K。
各種物體實際輻射力均低于同溫下黑體輻射力。物體的輻射力與同溫下黑體輻射力之比，稱為該物體的發射率（emissivity），也稱黑度，用符號ε表示，即ε=E/Eb，E為實際物體的輻射力。由此可見，實際物體的輻射力為
（7-9a）
或 
（7-9b）
顯然，在工程計算上，只要知道物體的發射率，便可由式（7-9a）或式（7-9b）計算出該物體的輻射力。
7.3.1 一個表面被另一個表面全包圍輻射換熱
換熱簡圖如圖7-3所示。兩表面輻射熱流量用下式計算
（7-10）
式中 Q1，Q2——兩表面輻射熱流量，W；
A1，A2——兩表面面積，m2；
T1，T2——兩表面溫度，K；
——平均發射率。
（7-11）
式中 ε1、ε2——兩表面發射率。
圖7-3 一個表面被另一個表面所包圍換熱簡圖
7.3.2 兩平行表面之間輻射換熱
兩平行表面之間輻射換熱熱流量，用下式計算
（7-12）
式中 Q1，Q2——輻射換熱熱流量，W；
T1，T2——兩表面溫度，K；
A——表面面積，m2；
——平均發射率。
圖7-4 兩表面之間置入n塊輻射屏的輻射換熱
（7-13）
式中 ε1、ε2——兩表面發射率。
7.3.3 兩個表面之間置入n塊輻射屏
換熱簡圖如圖7-4所示。輻射換熱熱流量用下式計算
（7-14）
式中 Qn——兩板之間置入n塊輻射屏后的輻射熱流量，W；
ε——各板發射率；
T1，T2——兩表面溫度，K。
7.3.4 各種材料的發射率
①金屬材料發射率ε值見表7-14。
表7-14 金屬材料發射率ε值
注：A—用甲苯清洗過，然后用甲烷再洗后；B2—用磨砂肥皂和水、甲苯、甲烷依次清洗過；C—拋光后，再用肥皂和水清洗過。
②金屬材料在76K下對300K表面的發射率見表7-15。
表7-15 一些金屬材料在76K時對300K表面的發射率ε（吸收系數α）
③不同溫度下金屬材料的發射率見表7-16。
表7-16 一些材料在不同溫度與狀態下的發射率ε（或吸收系數α）
④非金屬材料發射率見表7-17。
表7-17 非金屬材料發射率ε值
⑤低溫泵用材料發射率見表7-18。
表7-18 低溫泵用材料發射率ε
⑥常用熱控涂層的發射率見表7-19。
表7-19 幾種常用熱控涂層的發射率
