传热学实验——中温辐射时物体黑度的测试

预习报告&实验报告实验名称中温辐射时物体黑度的测试

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教学实验2019 中温辐射时物体黑度的测试

预习报告

一、实验目的

用比较法，定性地测量中温辐射时物体黑度ε。 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Q net.i

i i b i n

k F k i k eff i i e i abs i net F E dF dk E Q Q Q k

.1

,...)(εα-ψ=-=∑⎰= (1)

式中：

Q net.i ——i 面的净辐射换热量。

Q abs.i ——i 面从其他表面的吸热量。

Q e.i ——i 面本身的辐射热量。 εi ——i 面的黑度。

ψi (dk)——k 面对i 面的角系数。 E eff.k ——k 面有效的辐射力。 E b.i ——i 面的辐射力。 i α—— i 面的吸收率。 F i ——i 面的面积。

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。传导圆筒2。待测物体（受体）3，它们表面上的温度均匀（图1）。

图一辐射换熱简图

1—热源 2—传导圆筒 3—待测物体

因此，公式（1）可写成：

Q net.3=α3(E b.1 F 1ψi.3+ E b.2 F 2ψ2.3+ε3E b.3 F 3)

因为F 1= F 3；α3=ε3；ψ3.2=ψ1.2 又根据角系数的互换性F 2ψ2.3= F 3ψ3.2 ，则：

q 3=Q net.3/F 3=ε3(E b.1ψi.3+ E b.2ψ1.2)－ε3E b.3

= ε3(E b.1ψi.3+ E b.2ψ1.2－E b.3) （2）

由于受3与环境主要以自然对流方程换热，因此：

q 3=d α(t 3－t f ) （3） 式中：d α——换热系数

t 3——待测物体（受体）温度 t f ——环境温度

由（2）、（3）式得：

3

2.12

3.1133)

(b b b f d E E E t t -ψ+ψ-=

αε （4）

当热源1和黑体圆筒2的表面温度一致时，E b1=E b2 ，并考虑到，体系1，2，3，为封闭系统，则：

ψi.3+ψ1.2=1 由此，（4）式可写成：

)

T (T )

t (t E E )

t (t ε4

341f 3b3b1f 33--=-=

σαα （5）

式中σb 称为斯蒂芬——玻尔茨曼常数，其值为5.7×10-8w/m 2k 4。 对不同待测物体（受体）a,b 的黑度ε为：

434

1a f 3a a a

(T )

(T εa

T T --=σα；

)

(T )

(T ε434

1b f 3b b b b T T --=

σα

设b a αα=, 则：

4

341434

143b f 3a a T T a

a b

b f b T T T T T T --⋅--=εε （6）

当b 为黑体时，εb ≈1，（6）式可写成：

4341434

13b f 3a a

T T a

a b b f T T T T T T --⋅--=ε （7）

三、实验装置

实验装置简图如图2所示：

图 2、实验装置简图

1、传导体功率调节

2、仪表箱

3、受体控温及测温

4、导轨

5、接线柱

6、受体

7、传导体

8、发射体

9、接线柱10、传导体控温表11、发射体控温及测温12、发射体功率调节13、电源开关

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。

实验报告

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，具体方法是通过对三组加热器电压的调整（热源一组，传导体二组），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；

3、设定发射体及传到体温度，二点温度应一致。

4、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。

5、取下受体，将受体冷却后，更好换用薰黑受体，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ε受。 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，建议用酒精将代测物体表面擦净，否则，试验结果将有较大出入。 六、试验所用计算公式

根据（6）式本实验所用计算公式为：

））

受源

源受4

404040((T T T T T T -'∆-∆=εε （8） 式中： ε0——相对黑体的黑度，该值可假设为1。 ε受——代测物体（受体）的黑度。

T ∆受——受体与环境的温差。 T ∆0——黑体与环境的温差。 T

源

——受体为相对黑体时热源的绝对温度。