教材层③辐射：四定律与网络法
热辐射四大定律、黑体灰体发射率、角系数、辐射网络法——自然对流场景的隐形散热通道
教材定位：《传热学》第四篇"辐射换热"。无风扇设计里它贡献 20~30% 散热量，是无风扇密封方案的隐形功臣。
1. 热辐射四大定律
| 定律 | 内容 | 工程用途 |
|---|---|---|
| Planck 定律 | 黑体光谱辐射力随波长/温度分布 | 红外热像仪工作波段选择 |
| Wien 位移定律 | λmax·T = 2898 μm·K | 常温物体 λmax≈10μm → 热像仪选 8~14μm 波段 |
| Stefan-Boltzmann 定律 | E = ε·σ·T⁴（σ=5.67×10⁻⁸） | 辐射热流计算的核心式 |
| Kirchhoff 定律 | ε = α（同波长下发射率=吸收率） | 灰体假设的依据 |
串联：红外测温的原理链 = Planck（物体发射红外）+ Wien（波段）+ 发射率标定（测试与实验 · 题8）——测不准的第一嫌疑就是 ε 设错。
2. 辐射换热的特殊性（vs 导热/对流）
- 不需要介质（真空也能传——芯片到机壳内表面也有辐射路径）
- T⁴ 关系：高温时急剧重要；常温电子设备中与自然对流同量级
- 双向净换热：所有可见表面互相交换，算净额
量级感（面试能报数就是加分）：
- 涂漆表面（ε≈0.9）在 25°C 温差下辐射热流 ≈ 30
60 W/m²——相当于自然对流 h≈1015 的贡献 - 抛光铝 ε≈0.05~0.1 → 辐射几乎归零；阳极氧化 ε≈0.8
串联：“外壳高发射率涂层”（热物理基础 · Q5）这一招值多少——就按上面数字估算。
3. 角系数与辐射网络法
角系数 X₁₂：表面 1 发出的辐射落在表面 2 上的份额（纯几何量，满足角系数代数：完整性与互换性 X₁₂A₁=X₂₁A₂）。
两灰体表面间的网络法（把辐射也电路化）：
- 表面热阻 R_s = (1-ε)/(εA)——发射率越低，表面"阻抗"越大
- 空间热阻 R_sp = 1/(A₁X₁₂)——几何遮挡效应
- 净换热 Φ = (Eb₁-Eb₂)/(R_s1+R_sp+R_s2)，Eb=σT⁴
串联：辐射网络法与热阻网络法是同一哲学——把复杂换热"电路化"后逐段分析。面试画热路图时若能补一句"辐射也并入等效热阻"，立刻区别于背题者。
4. 多层遮板与工程应用
- 遮热板：在两表面间插入低 ε 薄板 → 净辐射大幅降低（n 块遮板 → 降为 1/(n+1)）→ 真空多层绝热（杜瓦）
- 反向应用：增强辐射 = 高 ε + 提高 T + 避免遮挡——电子设备外壳处理属于此类
相关专题
- 工程应用：系统级设计 · 无风扇密封
- 测温原理：测试与实验 · 红外标定
- 同层：导热 · 对流 · 换热器