热辐射

热辐射是来自温度大于绝对零的所有物质的电磁波发射，并且表示热能到电磁能的转换。物质中带电颗粒的热运动导致电荷加速和偶极振荡。此行为会推动耦合电场和磁场的电动生成，导致热辐射发射。

电磁辐射或光不需要存在物质即可传播，并且在真空中传播速度最快。所有形式的物质都会发出辐射。对于气体和一些半透明固体（例如高温下的玻璃和盐晶体），发射是一种体积现象（即发射是体积中局部发射的综合效应）。这些体积效应使用参与介质的辐射传输方程 (RTE) Eqn. (1721) 进行建模。对于大多数固体和液体，从内部分子发出的辐射被相邻分子强烈吸收。因此，由于所有发出的辐射源自表面附近的分子，因此可以将其视为表面现象。如果这些表面形成参与介质的边界，则将这些效应视为求解 RTE 的边界条件。如果这些表面以相对较小的体积发射、吸收和散射包围介质，则可使用表面至表面求解器对能量交换进行求解（请参见 S2S（表面至表面）辐射）。

对于大多数热传递应用，可以将热辐射视为非极化（由于多次反射和散射导致）和不一致（波或光子通常为异相）。由于传输的长度尺度通常远大于辐射波长，因此可以应用几何光学的限制描述（即波长接近零）。然后，可以根据在特定方向上传输能量的射线描述辐射。

斯特藩-玻尔兹曼定律给出了可从表面发出的最大辐射通量：

在此表达式中， ${\dot{q}}_{bb}″$ 为局部表面热通量， $T_s$ 为表面温度， $\sigma$ 为斯特藩-玻尔兹曼常数 $\sigma =5.67\times {10}^{-8}W/m^2{K}^4$ 。这种表面称为理想散热器或黑体。

真实表面发出的热通量小于理想散热器的热通量，由以下公式给出：

其中 $0\le \epsilon \le 1$ 是表面发射率（即表面通过辐射发出能量的相对能力）。

当辐射入射到表面时，一部分被吸收，一部分被反射，一部分穿透材料：

此表达式中的常数为：

吸收率、反射率和发射率取决于表面温度、表面粗糙度、发射角度和辐射波长（辐射并非单色，但包含光子能量的连续耗散）。