热辐射

热辐射

热辐射在生活与工厂中的应用冶金12-A1 马凯李景玉汪鹏飞

一、热辐射﹙thermal radiation ﹚

物体由于具有温度而辐射电磁波的现象。热量传递的3种方式之一。一切温度高于绝对零度的物体都能产生热辐射，温度愈高，辐射出的总能量就愈大，短波成分也愈多。热辐射的光谱是连续谱，波长覆盖范围理论上可从0直至∞，一般的热辐射主要靠波长较长的可见光和红外线。由于电磁波的传播无需任何介质，所以热辐射是在真空中唯一的传热方式。由于不同的原因，物体能够向其所在的空间发射各种不同波长的电磁波；不同波长的电磁波具有不同的效应，人们可以利用不同波长的电磁波效应达到一定的目的。

比如，人们可以利用无线电波传送信息，利用x射线穿透物质的能力进行零件探伤，利用热射线传递热能，等等。

二、热辐射 - 特点

热辐射的本质决定了热辐射过程有如下三个特点：

⑴辐射换热与导热、对流换热不同、它不依赖物体的接触而进行热量传递，而导热和对流换热都必须由冷、热物体直接接触或通过中间介质相接触才能进行。

⑵辐射换热过程伴随着能量形式的两次转化，即物体的部分内能转化为电磁波能发射出去，当此波能射及另一物体表面而被吸收时，电磁波能又转化为内能。

⑶一切物体只要其温度T＞0K，都会不断地发射热射线。当物体间有温差时，高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物体辐射给高温物体的能量，因此总的结果是高温物体把能量传给低温物体。即使各个物体的温度相同，辐射换热仍在不断进行，只是每一物体辐射出去的能量，等于吸收的能量，从而处于动平衡的状态。

关于热辐射，其重要规律有4个:基尔霍夫辐射定律、普朗克辐射分布定律、斯蒂藩·玻耳兹曼定律、维恩位移定律，这 4 个定律。有时统称为热辐射定律。

三、发展历史

1889年O.lummer等测定了黑体辐射光谱能量分布的实验数据。

1879年J.Stefan根据实验数据确立了黑体辐射力正比绝对温度的四次方规律。

1884年L.Boltzmann从理论上证实了上述定律。

四、热辐射在工程中的应用

1、太阳能集散热辐射板

将太阳能等可再生能源与建筑物相结合，对于缓解常规能源短缺，改善建筑环境具随着建筑能耗在社会总能耗中的比重越来越大，有重要意义。

人类要解决上述能源问题，实现可持续发展，只能依靠科技的进步，大规模地开发和利用可再生能源。太阳能集热技术是太阳能利用领域最成熟、应用范围最广泛的技术之一，随着人们生活水平的提高，对室内环境舒适性要求增加的同时，对建筑物的外部美观也有越来越高的要求，因此太阳能集热器组件化和与建筑一体化是太阳能热利用技术发展的趋势，而现有太阳能集热器的组件化设计使得其外观形式和外部材料单一，很难与丰富多变的建筑外围护结构形式和饰面相统一，而且其整体式悬挂、放置或嵌入安装都破坏了建筑外观的美学设计。因此让太阳能集热器部件作为建筑外围护结构或者建筑外围护结构的构件使用，在美化建筑外观的基础上，不仅为建筑物提供热能，

同时改善建筑外围护结构的热性能，降低建筑能耗，创造一个舒适的室内环境。

由于考虑太阳能集散热辐射板集热和制冷性能的双重目的的需要，太阳能集散热辐射板没有透明覆盖层，采用铜铝复合结构，铝板作为太阳能集散热辐射板的板面，采用市售的l x2xO．001 m型号，铜管作为集散热管，尺寸为西O．008×80．0005 m，铜管与铝板通过自制的导热胶粘接，导热胶导热系数为3．12W／(m·K)，并且铜管背部用带有凹槽的铝型材铆钉固定以防止脱落。

2、热辐射节能材料在陶瓷窑炉中的应用

近年来．研究人员通过一系列的技术革新与研制实验．解决了热辐射材料在窑炉内壁烧结后表面剥离的现象，使热辐射材料得到更加广泛的应用。

辐射热一般是以光束(电磁波的一种)进行传递。光束由大量携带与波长相对应能量的光子所组成．运动形式是直线传播。随着波长长短的不同，其能量也不同，波长越短能量越大。电磁波的特性取决于波长或频率。在热辐射分析中，通常用波长来描述电磁波。

热辐射节能涂料的化学成分

任何物质由于其独特的分子结构．都有其固有的辐射率(俗称黑度)。而热辐射节能涂料是以自然资源中被公认为辐射率最高的铬铁矿(FeCr2()。)为主要成分。配上已获取专利的特种粘接剂精研调制而成。

热辐射涂料的节能原理

表3为一种热辐射涂料(HRC)的节能效果，根据

热工学著名的辐射热4次方原理即斯蒂芬一波尔兹曼公式：

热辐射节能涂料的四大特点

(1)高辐射率由于热辐射涂料的分子结构稳定，辐射率极高，且对温度的依赖性较小，因此可在大范围温度区域发挥节能效率．即使在1 600℃仍可保持稳定的辐射。

(2)保护墙体辐射涂料的涂厚一般为0．7咖。液体涂料在1100℃时，会烧结成金属瓷釉状，密固化在热材料表面，不易剥离。它对耐火砖、浇铸料，尤其是对陶瓷纤维材料起到了很好的保护作用。

三、热辐射的危害与防护

蓄热与过热：烈日下作业，在南方，中午太阳的热辐射强度很高，此强度虽然不算太大，但时间长，也可使人体和作业地点的温度显著上升。在车间内，若有每小时散热量在20千卡/平米以上的热辐源，由于热源的直接辐射和周围物质设备的二次热辐射，是人体的温度上升。同时由于对流传热，车间内空气的气温也会上升。若在夏天，气温可高达10到50摄氏度，再加上太阳辐射、机械转动发热及体散热形成车间内较高的温度和湿度，夏季通常在30摄氏度以上，相对温度往往达85% ~ 90%以上，此时，汗液蒸发十分困难，也将产生蓄热和过热。

人体的生理变化：高温作业中由于蓄热和过热，人体内部会出现一系列的生理变化，主要表现在体温调节、水盐代谢、心血管系统、消化系统、神经系统、泌尿系统等方面。这些变化在一定程度内是适应性反应，可以忍受。但是如果超过极限就会损害人体的健康。

中暑：人们在进行体力劳动时，代谢产生的热量和外界吸收的热量不断增加，这就要求人体更多的散发热量，使体温恒定在正常的范围内，在高温或强烈辐射环境下，人们只能通过排汗和汗液蒸发发散热量，人体中的一些器官系统能进行适应性调节，但是高温环境恶劣到一定程度，人体的调节机能不能适应时，余热大量积蓄，人体就会中暑。中暑分为热射病、日射病、热衰竭和热痉挛。

二热辐射对人体健康危害的预防

一般来说，预防热辐射的措施有三个：一是技术措施，二是保健

措施，三是组织措施。技术措施的原则是：1.合理设计工艺工程，热源布置应符合以下要求：①尽量布置在车间外面；②采用热压为主的自然通风时，尽量布置在天窗下面；③采用穿堂风为主的自然通风时，尽量布置在夏季主导方向的下风侧；④要便于对热源采用隔热措施；

⑤使工作地点易于采用降温措施，热源之间设置隔板使热空气沿着隔板上升通过天窗排除，以免扩散到整个车间。2.隔热；3.通风降温。保健措施：主要是供给合理饮料和补充营养，高温作业工人应补充与出汗量相等的水分和盐分，最好的办法是供给含盐饮料；做好个人的防护工作，可根据不同作业的需要供给工作帽、防护眼镜、面罩、手套、鞋盖、护腿等个人防护用品；加强医疗预防工作，对高温作业人员应进行就业前和入暑前体检。凡患心、肺、肝、肾血管等疾病重病恢复期及体弱者均不易从事高温作业。组织措施：关键在于加强领导，改善管理，严格遵守国家卫生标准和《防暑降温措施暂行办法》，另外也要做好集体宿舍和家属宿舍的组织管理工作，最好能调整夜班工人宿舍，避免互相干扰而影响睡眠。对住家离工厂远的工人可安排在厂矿临时宿舍内休息。