固体表面黑度测定.doc

。 固体表面黑度的测定报告书课程名称： 传热学 小组成员： 赵鑫、林银福、谷岩帅、柴英杰、李沛哲 指导教师： 任素波 提交时间： 2015年11月10日 目录1.前言 2.实验设备介绍及原理分析 2.1实验设备 2.2实验原理3. 实验试件的测绘3.1测绘过程3.2主要测绘数据3.3三维图4. 实验步骤介绍5. 实验数据及实验结果5.1原始数据5.2实验数据处理6. 实验数据分析 6.1实验结论 6.2误差分析7.心得体会及人员分工 8.主要参考文献附：实验试件工程图摘要：本实验旨在通过固体表面黑度的测定,分析固体表面黑度随温度的变化规律,从而巩固辐射换热理论。实验中我们采用真空辐射法测定试件表面黑度，即将一个已知长度和直径的试件放入一密封空腔内，且空腔内不存在吸收热辐射的介质（如空气），为真空，通过电加热彼此之间以辐射换热方式进行热交换，待温度基本不变后，通过加热器电压调节试件外表面温度，最后处理实验数据得到固体表面黑度随温度的变化规律。1.前言 本项目主要内容为利用真空辐射法测量固体表面黑度，并分析温度对黑度的影响。通过理论学习和项目实践使同学掌握以下能力：（1）熟悉物体表面黑度的测试原理；（2）巩固辐射换热原理：（3）分析固体表面黑度随温度的变化规律：(4)熟练应用三维设计软件对实验试件的设计；(5)分析影响物体表面黑度的因素；(6)了解实验原理，并对实验设备进行拆装，学会使用各种测试仪表进行测试；(7)提高学生的动手能力、理论联系实际能力和团队的协作能力；(8)得到查阅文献、阅读相关技术资料和调查研究能力的训炼；(9)通过研究报告的撰写使学生在科技文献写作方面获得训练；(10)通过PPT讲演稿的撰写和实际答辩过程，使学生在PPT文稿撰写和演讲技术方面获得训练。2.实验设备介绍及原理分析 2.1实验设备 实验设备由黑度测定仪本体及三个系统组成，三个系统分别为： （1）加热系统： 包括电加热器、电流表、电压表、调压器、稳压集成块。 （2）真空系统： 包括真空泵、真空保持阀、真空表、大气阀以及密封装置。 （3）热电偶测温系统： 包括外壳及试件上的热电偶、数显温度表。固体表面黑度测量仪：本体是由空心圆柱管的试件套在加热棒上，放置于不锈钢外壳中间，两端密封而成。实验装置简图如图所示:2.2原理分析当一物体放在另一物体的空腔内，且空腔内不存在吸收热辐射的介质时（如空气），彼此以辐射换热方式进行热交换，其辐射换热量为：式中 F1试件外表面积（m2）；F2外壳内表面积（m2）；C0黑体辐射系数，C0=5.67W/m2K4；T1、T2分别为试件外表面和外壳内表面的绝对温度，K；1、2分别为试件外表面和外壳内表面的黑度。如果F1、F2已知，通过实验测量Q12、T1、T2，根据式（1）试件外表面黑度1可由下式算出：事实上，实际物体的辐射力并不严格地同绝对温度的四次方成正比，在工程实践中，为计算方便，仍认为实际物体的辐射力与绝对温度的四次方成正比，而把由此引起的修正包括到由实验法测定的黑度中去。因此，物体的黑度与初与物体本身性质有关，还与温度有关。由于实际物体的辐射情况较为复杂，各种因素对物体表面黑度都会产生影响，黑度的变化规律较为复杂。3.实验试件的测绘3.1测绘过程3.2主要测绘数据试件内径试件外径试件长度外壳内径外壳长度20.22mm24.68mm270.00mm99.34mm270mm3.3三维图4.实验步骤介绍 A.选择材料并加工成待测试件。用游标卡尺等工具测定尺寸参数：试件外径为d1，管长L1，外壳内径为d2，管长L2。 B.熟悉实验原理后，选择某一试件，进行设备拆装，用扳手将左侧密封盖打开，将热电偶 测温点固定在试件表面某一点，然后将试件穿过加热棒固定，最后用密封盖密封。将所用的仪表及测量仪器连接好，经指导老师同意，开启总电源。C.开启真空泵，打开真空保持阀，使系统中形成真空。观察真空表，系统中形成真空后可以关闭真空泵。开启加热电源，调整调压旋钮，将电压调到预设初值。D.经过一段时间，观察温度表，待温度基本不再变化时，记录第一组温度及电加热器的电流电压等数据。E. 改变加热器电压，待各点温度达到新的稳定状态后，记录第二组数据。重复本次过程，然后记录第三次。两台仪器同时测量，共十组数据。F.关闭加热电源，打开通大气阀，使空腔内通大气散热。5.实验数据及实验结果 5.1原始数据以及处理材料 U I T1 T2 1 V A 发黑处理 16 0.32 50 250.96 20 0.38 63 280.69 24 0.44 83 330.62 28 0.51 102 390.63 32 0.58 121 450.605.2实验数据处理依据实验原理分析所得公式通过excel处理实验数据，得 固体便面黑度与表面温度间的关系图：6.实验数据分析6.1实验结论 通过实验数据的处理得到固体表面黑度随表面温度变化的曲线图,表面黑度随温度的升高不断波动，但总体呈上升趋势，至峰值后开始下降。 由理论分析可知，固体表面黑度随表面温度的升高应呈上升趋势，与实验测得的低温段数据相符。在100后，黑度较前段明显下降，可能是由于设备密封性不好、有较多空气进入实验环境、环境温度的较大变化，造成实验环境变化、热量散失加快所致。6.2误差分析（1）不能完全满足真空条件会造成测量误差。测量用密闭圆筒靠手动拧紧，可能因为预紧力不均匀而使密封性下降，造成较大系统误差。（2）实验装置向周围环境散热而引起热量损失产生误差。试验持续时间长，气温在一天内变化较大，实验室室温不恒定；室温的改变对辐射换热有较大影响，造成误差。（3）实验仪器本身由于精密程度的限制及测量原理的约束存在一定的系统误差。（4）设备仪表精度引起系统误差。 （5）由于教学课时的限制，加热温度和时间并不能达到实验的设计要求。7.心得体会 在这次的课程设计中不仅检验了我们所学习的知识，也培养了我们如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。 通过本次固体表面黑度测量实验，我们了解到了固体表面黑度与温度的关系。通过查阅相关资料，我们掌握了物体黑度的基础知识。完成该作业对学生的观察、学习和分析能力有一定要求，并掌握一定的自学，同时要求学生有一定的创新能力。在这次三级项目过程中，体现出我们团结互助的合作能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、收获劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。在制作过程中，还考验了团队的合作精神，以及对学生的计算机的操作水平。同时感谢对我们帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。 由于我们的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我们十分乐意接受批评与指正，我们将万分感谢。人员分工： 1 林银福 制作PPT,负责答辩2 谷岩帅 制作项目报告书 3 赵鑫 三维实体建模，工程图创建