附录D (资料性附录)利用表面温度和斯蒂芬-玻尔兹曼定律评估辐射热通量

D.1 引言

从一个表面到另一个表面的辐射能与辐射表面的发射率2)、接收表面的发射率、辐射体的面积、方位(角因数)及辐射表面与接收表面绝对温度的4次幂之差成正比。总辐射能Qrad(单位为瓦)由斯蒂芬-玻尔兹曼定律给出的数学关系见方程(D.1)：

式中：

A——辐射面积，单位为平方米(m2)；

——接收表面的发射率；

——辐射表面的发射率；

f——角因数；

——斯蒂芬-玻尔兹曼常数：5.67X10-8W/(m2·K4)；

T1——接收表面的温度，单位为华氏度(K)；

T2——辐射表面的温度，单位为华氏度(K)。

热流计和光学仪器/红外高温计的设计、应用和校准运用了这一原理。这里，如果已知表面的发射率，通过准确地测量辐射体的表面温度，就能容易并准确地确定辐射能。

D.2 应用

D.2.1 总则

9.3规定了使用辐射计测量辐射能的方法。方法中规定了辐射计的安放位置，其目的就是为了测量试件表面到“黑体”的总辐射能，“黑体”的角因数为1。因此，为了利用公式(D.1)等效地评估辐射能，合适的方法是假设角因数为1、接收表面的发射率为1、接收表面的温度等于试验室环境温度。如果试验室空间足够大，上述假设对计算结果的影响很小。如果在受热试件附近存在一个接收表面(例如试验室的一个墙面)，那么，应将这个接收表面的实际发射率和实测温度带入上述公式中计算辐射能。

D.2.2 试件温度的测量

应在多个位置上测量试件的表面温度，并将其平均值作为试件表面的计算温度。通常热电偶应放置在试件的贯通热桥上以及各非匀质结构的表面上。固定热电偶的方法对准确地测量试件表面温度是重要的。应避免使用隔热垫。对金属材料，推荐使用铜焊或定位焊的方法固定热电偶，或采用铆钉/螺钉将热电偶固定到金属件结合处。对其他材料，热电偶应浅浅地嵌入材料的表面并用高温胶固定。在测量位置热电偶的导线与试件表面应至少有100mm接触以避免热量流失，提高测量温度的准确性。

D.2.3 试件的发射率

大多数材料的发射率可以从参考手册中获得。大多数建筑材料的发射率在0.85〜0.90之间。但是，玻璃和抛光金属这类材料的发射率变化很大。在试件的发射率不能确定的情况下，建议用发射仪测定发射率。然而，应注意某些材料在受热期间由于表面氧化或其他原因，其发射率可能变化很大。

D.3 计算示例

试件表面温度=540K

2) 发射率：在同一温度下，一表面发射的辐射量与一黑体发射的辐射量的比值。

房间温度=293K

试件发射率=0.90

试件面积=2.5m2

Qrad=2.5X0.90X1X5.67X10-8(5404-2934)=9907W

或3.96kW/m2

注意：如果面积是单位1，并且结果除以1000，那么由计算得出的辐射能单位为kW/m2。