燕山大学传热学Q235生锈表面黑度测量PPT

1、传热学传热学三级项目三级项目演示汇报演示汇报PPTPPT项目名称：项目名称：Q235Q235生锈表面黑度测量生锈表面黑度测量组员名称：组员名称：日期：日期：20122012年年1111月月2020号号项目简介项目简介一、黑体与黑度一、黑体与黑度 黑体是指能够吸收投射到其表面上的全部辐黑体是指能够吸收投射到其表面上的全部辐射热能的物体；实际物体的辐射力与同温度下黑射热能的物体；实际物体的辐射力与同温度下黑体的辐射力之比称为实际物体的黑度。体的辐射力之比称为实际物体的黑度。二、黑度的测量二、黑度的测量 为了测量固体表面黑度，首先设计一个已知为了测量固体表面黑度，首先设计一个已知外表面积的工件，将其

2、放入不存在吸收热辐射介外表面积的工件，将其放入不存在吸收热辐射介质的空腔内（实验中为真空中的系统），测出换质的空腔内（实验中为真空中的系统），测出换热量，通过调节试件外表面的温度，研究试件表热量，通过调节试件外表面的温度，研究试件表面黑度随温度的变化，再通过对实验数据的分析面黑度随温度的变化，再通过对实验数据的分析整理，计算出黑度，通过图像处理，得到固体表整理，计算出黑度，通过图像处理，得到固体表面黑度随温度的变化规律，进一步加深了对黑度面黑度随温度的变化规律，进一步加深了对黑度的认识的认识项目的意义项目的意义 本项目结合机械专业及传热学课程特点，以表面黑度本项目结合机械专业及传热学课程特点，

3、以表面黑度的测试为目标，通过理论学习和项目实践，使学生懂得：的测试为目标，通过理论学习和项目实践，使学生懂得：(1)(1)熟悉物体表面黑度的测试原理；熟悉物体表面黑度的测试原理；(2)(2)熟练应用三维设计熟练应用三维设计软件对实验试件的设计；软件对实验试件的设计；(3)(3)分析影响物体表面黑度的因分析影响物体表面黑度的因素；素；(4)(4)了解实验原理，并对实验设备进行拆装，学会使了解实验原理，并对实验设备进行拆装，学会使用各种测试仪表进行测试；用各种测试仪表进行测试；(5)(5)提高学生的动手能力、理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；（论联系实际能力和团队的协作能力；

4、（6 6）得到查阅文献、）得到查阅文献、阅读相关技术资料和调查研究能力的训炼；（阅读相关技术资料和调查研究能力的训炼；（7 7）通过研）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；（究报告的撰写使学生在科技文献写作方面获得训练；（8 8）通过通过PPTPPT讲演稿的撰写和实际答辩过程，使学生在讲演稿的撰写和实际答辩过程，使学生在PPTPPT文稿文稿撰写和演讲技术方面获得训练。撰写和演讲技术方面获得训练。实验原理及设备实验原理及设备 研究黑度的方法主要有：辐射法、量热计法和研究黑度的方法主要有：辐射法、量热计法和正规热工况法，本实验采用辐射法。正规热工况法，本实验采用辐射法。一、实验原理

5、一、实验原理 当一物体放在另一物体的空腔内，且空腔内不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，其辐射换热量由以下公式计换热方式进行热交换，其辐射换热量由以下公式计算：算：441201121122100100111TTC FQFF （1） 式中式中 F1F1试件外表面积（试件外表面积（m2m2）；）；F2F2外壳内表面积（外壳内表面积（m2m2）；）；C0C0黑体辐射系数，黑体辐射系数，C0=5.67W/m2K4C0=5.67W/m2K4；T1T1、T2T2分别为试件外表面和外壳内表分别为

6、试件外表面和外壳内表面的绝对温度，面的绝对温度，K K；11、22分别为试件外表面和外壳内分别为试件外表面和外壳内表面的黑度。表面的黑度。如果如果F1F1、F2F2已知，通过实验测量已知，通过实验测量Q12Q12、T1T1、T2T2，根据式（，根据式（1 1）试件外表面黑度）试件外表面黑度11可由下式算出可由下式算出：44120 1111222100100111TTCFFQF（2） 为了研究时间表面黑度为了研究时间表面黑度11随温度随温度T1T1的变化，必的变化，必须测量不同温度下的黑度值，从而画出须测量不同温度下的黑度值，从而画出1=f(T1)1=f(T1)曲线。曲线。二、实验装置及设备二、

7、实验装置及设备实验设备由黑度测定仪本体及三个系统组成。三个实验设备由黑度测定仪本体及三个系统组成。三个系统分别为系统分别为1 1、 加热系统：包括电加热器、电流表、电压表、加热系统：包括电加热器、电流表、电压表、调压器、稳压集成块。调压器、稳压集成块。2 2、 真空系统：包括真空泵、真空保持阀、真空表真空系统：包括真空泵、真空保持阀、真空表、大气阀以及密封装置。、大气阀以及密封装置。3)3)、热电偶测温系统：包括外壳及试件上的热电偶、热电偶测温系统：包括外壳及试件上的热电偶、数显温度表。、数显温度表。 本体是由空心圆柱管的试件及外壳组成，试件外本体是由空心圆柱管的试件及外壳组成，试件外径径25

8、mm25mm，管长，管长270mm270mm。外壳内径。外壳内径99mm99mm，管长，管长270mm270mm。本实验装置的外壳内表面黑度取本实验装置的外壳内表面黑度取2=0.62=0.6。具体量。具体量原理及装置如图所示。原理及装置如图所示。外壳试件热电偶数显温度计电子调压器真空泵真空阀大气阀AV真空表 辐射传热实验装置简图辐射传热实验装置简图实验试件测绘的二维图实验试件测绘的二维图实验试件实验试件照片以及制作照片以及制作的三维图的三维图实验步骤实验步骤1 1、实验前所有的仪表及测量仪器已经由指导老师、实验前所有的仪表及测量仪器已经由指导老师连接好，指导老师同意提示开启电源。连接好，指导老

9、师同意提示开启电源。 2 2、开启真空泵，打开真空保持阀，使系统中形成、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。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，将电压真空泵。开启加热电源，调整调压旋钮，将电压调到预设初值。调到预设初值。3 3、经过一段，观察温度表，待温度基本不变时记、经过一段，观察温度表，待温度基本不变时记 录第一组温度及电加热器的电流电压。改变加热录第一组温度及电加热器的电流电压。改变加热器的电压，待各点温度达到新的稳定状态后，记器的电压，待各点温度达到新的稳定状态后，记录第二组数据。录第二组数据。

10、4 4、重复第、重复第4 4项，然后记录第三组数据项，然后记录第三组数据 。5 5、打开通大气阀，使空腔内通大气散热，待温、打开通大气阀，使空腔内通大气散热，待温 度降至室温后，拆除工件度降至室温后，拆除工件 6 6、根据初始设定项目目的，对数据进行分析、根据初始设定项目目的，对数据进行分析、 整理和归纳，做曲线图分析固体表面黑度随温度整理和归纳，做曲线图分析固体表面黑度随温度 的变化规律的变化规律。实验数据及实验结果实验数据及实验结果材料材料序号序号UIT1T211VA生生 锈锈1160.2265380.91382180.2573420.97053200.2881430.94114220.3

11、190450.91755240.3397450.88936280.49119450.99407300.52129480.97458320.58140500.98899340.60147520.9920由实验数据可得关系曲线如下由实验数据可得关系曲线如下考虑到实验设备考虑到实验设备系统误差较大，系统误差较大，我们小组采用我们小组采用Matlab软件对实软件对实验点进行曲线描验点进行曲线描绘如上图，由上绘如上图，由上图所示曲线易看图所示曲线易看出随温度出随温度T1的增的增长，生锈试件表长，生锈试件表面的黑度在一定面的黑度在一定范围内有波动，范围内有波动，但总体呈但总体呈先降低先降低后后上升上升的的

12、趋势。趋势。为了更好地了解不同试件的表面黑度，为了更好地了解不同试件的表面黑度，我们从其他小组那里获得了其他小组的我们从其他小组那里获得了其他小组的实验数据，并对其他小组的数据进行了实验数据，并对其他小组的数据进行了处理如下，并对比这四种不同试件黑度处理如下，并对比这四种不同试件黑度与表面温度的关系与表面温度的关系材料材料序号序号U UI IT1T1T2T211V VA A普普 通通1 116160.220.22616129290.80.82 218180.250.25737331310.720.723 320200.280.28838333330.710.714 422220.310.319

13、39335350.710.715 524240.350.3510110135350.740.746 626260.370.3710010037370.910.917 728280.400.4011511542420.820.828 830300.430.4312312344440.840.849 932320.450.4513813847470.740.74材料材料序号序号U UI IT1T1T2T211V VA A黑黑化化1 116160.240.24575738380.850.852 218180.260.26676740400.760.763 320200.300.30757546460

14、.880.884 422220.320.32777744440.930.935 524240.360.36969648480.760.766 626260.360.36959546460.820.827 728280.410.4111711750500.680.688 830300.410.4111611648480.730.739 932320.450.4513313351510.670.67材料材料序号序号U UI IT1T1T2T211V VA A镀镀铬铬 1 116160.220.22686841410.88570.88572 218180.240.24626229290.97920.

15、97923 320200.280.28919143430.68530.68534 422220.300.30919134340.70880.70885 524240.340.3411411445450.61380.61386 626260.360.3611811839390.61890.61897 728280.400.4013613647470.58510.58518 830300.410.4114514544440.54710.54719 932320.440.4415615644440.53740.5374通过分析各组的数据，我们了解到在温度不断增加的同时，试件表面的黑度值在一定范围内有

16、波动，但总体都呈先减小后增大的趋势心得与体会心得与体会在实验过程中，我们认识到，实验过程中的每一个因素都会影响到最终的实验结果，比如这次实验中的仪器绝对真空的保持，加热系统电压电流的稳定，以及等待足够的时间以使系统达到稳态等等，以上所有的这些都会使实验产生一定的误差，甚至是使实验错误，达不到预期的效果，而我们在实验过程中严格按照试验规程操作，尽量减少了这方面的误差，取得了较为满意的结果。 在进行实验后的数据处理工作时，我们经过了多次严密的计算，并与已有的实验数据变化趋势进行比较，发现我们的数据中其中一组数据存在明显的不合理性，影响到了实验整体的精确度，所以经过讨论，我们舍弃了这一组数据，使不同温度下黑度的变化规律更加符合预期。 通过对上述几种试件表面经不同方式处理后得到的黑度随时间变化关系的分析，并且得到了黑度随温度变化的曲线描绘图，加上整个实验过程，不但使我们巩固了学习的辐射换热理论，而且还掌握了用真空辐射法测定固体表面黑度的实验方法。实验过程中我们小组明确分工，每个人记录几组数据，最后统一处理。同时作项目时有人负责测绘，有人负责处理数据，