第十一节 中温辐射黑度测定实验.doc

第十一节 中温辐射黑度测定实验实际物体的发射率（黑度）与物体的表面状态（包括物体表面温度、表面粗糙度以及表面氧化层、表面杂质或涂层的存在）有关。金属的发射率随表面温度的上升而增大，而非金属的发射率一般是随表面温度的上升而减小。金属的发射率比非金属的小得多。本实验用比较法，定性地测量中温辐射时物体黑度。学生根据给定的实验目的要求和实验条件，自己设计实验方案，可以进一步分析黑度与热源的温度及受体的温度的关系。本实验为设计性实验。一、实验目的（1）巩固和深化封闭空腔辐射换热过程的基本理论，学习用比较法测定中温辐射时物体黑度的实验方法和技能。（2）测定50150范围内某一温度下待测物体（受体）的黑度。（3）确定50150范围内待测物体（受体）的黑度与温度的变化关系。二、实验原理由n个物体组成的辐射换热系统中，利用净辐射法，可以求物体I的纯换热量Qnet.i (4-98)式中 i面的净辐射换热量，W；i面从其他表面的吸热量，W； i面本身的辐射热量，W；i面的黑度；j面对i面的角系数； j面有效的辐射力，W/m2； i面的辐射力，W/m2； i面的吸收率； i面的面积，m2。根据本实验的设备情况，可以认为：（1）传导圆筒2为黑体。（2）热源1、传导圆筒2、待测物体（受体）3表面上的温度均匀（如图4-28所示）。因此，式（4-98）可写成： （4-99）1热源；2传导圆筒；3待测物体图4-28 辐射换热简图因为；，又根据角系数的互换性，则： W/m2 （4-100）由于受体3与周围环境主要以自然对流方式换热，因此： W/m2 （4-101）式中 换热系数， W/m2K；待测物体（受体）温度，；环境温度，。由式（4-100）和式（4-101）得： （4-102）当热源1和黑体圆筒2的表面温度一致时，Eb1=Eb2 ，并考虑到，体系1、2、3为封闭系统，则：由此，式（4-102）可写成： （4-103）式中b称为斯蒂芬波尔兹曼常数，其值为5.6710-8w/m2k4。对不同待测物体（受体）a、b的黑度为：设, 则： （4-104）当b为黑体时，b 1，式（4-104）可写成： （4-105）三、实验装置实验装置简图如图4-29所示。热源腔体具有一个测温电偶，传导腔体有二个热电偶，受体有一个热电偶，它们都可过琴键转换开关来切换。四、实验方法和步骤本实验仪器用比较法定性地测定物体的黑度，具体方法是通过对两组加热器电压的调整（热源一组，传导体一组），使热源和传导体的测量点恒定在同一温度上，然后分别将“待测”（受体为待测物体，具有原来的表面状态）和“黑体”（受体仍为待测物体，但表面薰黑）两种状态的受体在恒温条件下，测出受到辐射后的温度，就可按公式计算出待测物体的黑度。具体步骤如下：（1）热源腔体和受体腔体（使用具有原来表面状态的物体作为受体）靠紧传导体。（2）接通电源，调整热源、传导左、传导右的调温旋钮，使热源温度在50至150范围内某一温度，受热约40分钟左右，通过测温转换开关及测温仪表测试热源、传导左、传导右的温度，并根据测得的温度微调相应的电压旋钮，使三点温度尽量一致。（3）系统进入恒温后（各测温点基本接近，且在五分钟内各点温度波动小于3），开始测试受体温度，当受体温度五分钟内的变化小于3时，记下一组数据。“待测”受体实验结束。（4）取下受体，换为黑体，然后重复以上实验，测得第二组数据。将两组数据代入公式即可得出待测物体的黑度。1-加热指示灯；2加热开关；3热源测温表；4传导体测温表；5导轨支架；6接线柱；7热源；8传导体；9-受体；10导轨；11环境温度测温热电偶；12受体(环境)测温表；13转换开关图4-29 实验装置简图五、注意事项（1）热源及传导的温度不可超过160。（2）每次做原始状态实验时，建议用汽油或酒精将代测物体表面擦净，否则，试验结果将有较大出入。六、实验所用计算公式根据式（4-103），本实验所用计算公式为： （4-106）式中 相对黑体的黑度，该值可假设为1；待测物体（受体）的黑度；受体与环境的温差；黑体与环境的温差；受体为相对黑体时热源的绝对温度；受体为被测物体时的热源绝对温度；相对黑体的绝对温度；待测物体（受体）的绝对温度。七、实验数据记录表4-19 实验数据序号No.热源T传导T受体（紫铜光面）T备注1环境温度为 23序号No.热源T传导T受体（紫铜薰黑）T123八、实验报告编写（1）简述实验原理及过程。（2）各种数据的原始记录。（3）实验结果整理后，得出各温度的平均值，代入式（4-106）计算黑度。（4）分析待测物