中温法向辐射率测量仪实验指导书

1、目 录第一章实验装置说明1第一节系统概述1一、概述1二、装置特点1三、技术指标1第二节实验装置介绍2一、对象组成2二、控制系统2第二章中温法向辐射率测量实验3一、实验目的3二、原理概述3三、实验设备5四、实验内容和步骤5五、注意事项5六、实验所用计算公式5七、实验数据记录和处理6八、实验报告6九、思考题6第一章实验装置说明第一节 系统概述一、 概述辐射是指能量以电磁波或粒子的形式向外扩散。辐射传热广泛应用于航天事业，工业锅炉及太阳能集热器中，对材料表面覆盖涂层是提高光谱吸收比的有效手段，也是提高集热器效率的重要措施。本装置采用比较法测量物体的法向辐射率，通过热传导使热源和传导体的测量点稳定在同

2、一温度上。二、 装置特点1. 装置采用专用工作台（配有万向轮，移动方便）等；设计思路新颖，结构安全可靠；2. 系统采用数显高精度仪表，保证其精度和稳定性，采用铂热电阻作为温度探头，测试观测点的温度；3. 电流型漏电保护、过载保护、接地保护，可对人身及设备进行有效保护。三、 技术指标1. 输入电源：单相AC 220V±10%50Hz2. 工作环境：温度 0 +40，相对湿度 85%（ 25 )，海拔 4000m3. 系统容量： 1kW4. 安全保护：具有漏电压、漏电流保护装置，安全符合国家标准5. 外形尺寸： 1170mm×720mm×1120mm1第二节实验装置介

3、绍实验装置如下图1 所示，包括实物和电气控制部分。实物由绝热腔体和温度传感器，热源，传导体，受体组成。通过温控仪监控温度，调压旋钮及调压模块来调节加热器的功率。图 1一、 对象组成由可移动实验台、绝热腔体、温度传感器、热源、传导体、受体等组成。温度传感器： PT100 。电加热棒：规格AC 220V/220W 。二、 控制系统由控制屏、漏电保护器、温控仪、指示灯、按钮开关、交流调压模块等组成。2第二章中温法向辐射率测量实验一、实验目的用比较法，定性地测量中温辐射时物体黑度。二、原理概述由 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 ：nQ net .i

4、Q abs . i Q e .iiE eff , k X i ( dk ) dF ki E b . i FikF k1(1)式中：Qnet.i i 面的净辐射换热量。Qabs.i i 面从其他表面的吸热量。Qe.i i 面本身的辐射热量。 i i 面的黑度。Xi （ dk） k 面对 i 面的角系数。Eeff.k k 面有效的辐射力。Eb.i i 面的辐射力。i i 面的吸收率。Fi i 面的面积。根据本实验的设备情况，可以认为：1. 热源腔体端面 1 和传导圆筒 2 为黑体。2. 热源腔体端面1，传导圆筒2，受体 3，它们表面上的温度均匀（图1）。23图 2 辐射换热简图1热源腔体端面2传导

5、圆筒3受体因此，公式（1）可写成：3Q net .33 ( E b .1 F1 X 1 .3E b.2 F2 X 2 .3 )3 E b . 3 F3因为 F1F 3 ；33； X 3.2X 1.2， 又根据角系数的互换性F2 X 2.3F3 X 3.2，则：q 3 = Q net .3/F3=3 ( E b .1 X 1 .3E b .2 X 1 .2 )3 E b .3= 3 ( E b . 1 X 1 .3E b. 2 X 1.2E b .3 )（ 2）由于受体3 与环境主要以自然对流方式换热，因此：q 3 = d (T3T f )（ 3）式中： d 换热系数T3 待测物体（受体）温度T

6、 f 环境温度由（ 2）、（ 3）式得：3d (T3T f)（ 4）E b .2 X 1. 2 E b .3E b . 1 X 1 . 3当热源腔体端面 1 和传导圆筒2 的表面温度一致时，E b .1 = E b .2，并考虑到，体系 1，2， 3，为封闭系统，则：X 1.3X 1.21由此，（ 4）式可写成：d (T3T f )d (T3T f )（ 5）E b .1E b .3(T14T34 )3式中称为斯蒂芬玻尔茨曼常数，其值为5.67× 10-8 w/(m2· k4）。物体的辐射率习惯上称为黑度，记为。对不同待测物体（受体）a， b 的黑度为：a (T3aa(T1

7、4ab (T3bb(T14b设ab , 则：aTbTT f )T34a ) ；Tf )T34b )3aT3bT4T 34fT 1 bb（6）4T 34fT 1 aa4当 b 为黑体时，b 1，（6）式可写成：T 3aT fT4T 34a1 bb（7）T 3bT fT4T 341 aa三、实验设备1. 中温法向辐射率测量仪2. 中温法向辐射率测量对象四、实验内容和步骤本实验仪器用比较法定性地测定物体的黑度，具体方法是通过改变三组加热源温度（热源一组，传导体二组） ，使热源和传导体的测量点稳定在同一温度上，然后分别测出“待测物体”和“黑体”两种受体在恒温条件下受到辐射后的温度，再根据公式计算出“待

8、测物体”的黑度。具体步骤如下：1. 接通电源，调整热源、传导体左、传导体右加热棒的调压旋钮，使热源温度处在某一温度下，通过温控仪测量热源、传导体左、传导体右的温度，并根据测得的温度微调相应的调压旋钮，使三点温度尽量一致。（建议电压调节范围30V 70V ，温度调节范围60 80。）2. 系统温度稳定（各测温点基本接近，误差不超过2，且在五分钟内各点温度波动小于3）后，开始记录受体温度，当受体温度五分钟内的变化小于3时，记下一组数据，分别为热源温度，传导体左测温度，传导体右测温度，受体温度。3. 取下“待测物体” ，将受体更换为“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（8

9、）即可得出待测物体的黑度受，即待测物体辐射率为受 。五、注意事项1. 热源及传导体的温度不可超过95，热源及传导体调节电压不宜超过100V ；实验过程中不要直接和腔体接触，以免烫伤。2. 做实验时，热源腔体和“待测物体”的腔体要紧密接触，不能有缝隙。3. 在做实验前，需检查待测物体表面及黑体表面，确保待测物体表面光洁，否则用酒精将表面擦净；确保黑体表面黑度均匀，否则用蜡烛进行表面熏黑。六、实验所用计算公式根据（ 6）式本实验所用计算公式为：受T受 (T源4T04 )（ 8）T0 (T源'4T受4 )0式中： 0 受体为“黑体”时的黑度，用比较法计算时可近似为1。受 受体为“待测物体”时的黑度。5T受 受体为“待测物体”时与环境的温差，。T 0受体为“黑体”时与环境的温差，。T源 受体为“黑体”时热源的平均热力学温度，K 。T源' 受体为“待测物体”时热源的平均热力学温度，K 。T0 受体为“黑体”时的热力学温度，K 。T受 受体为“待测物体”时的热力学温度，K 。计算中受体与环境的温差单位可采用摄氏度，热源与受体的温度均采用热力学温度，单位为 K