中溫法向輻射率測量儀實驗指導(dǎo)書

1、目 錄第一章實驗裝置說明1第一節(jié)系統(tǒng)概述1一、概述1二、裝置特點1三、技術(shù)指標1第二節(jié)實驗裝置介紹2一、對象組成2二、控制系統(tǒng)2第二章中溫法向輻射率測量實驗3一、實驗?zāi)康?二、原理概述3三、實驗設(shè)備5四、實驗內(nèi)容和步驟5五、注意事項5六、實驗所用計算公式5七、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理6八、實驗報告6九、思考題6第一章實驗裝置說明第一節(jié) 系統(tǒng)概述一、 概述輻射是指能量以電磁波或粒子的形式向外擴散。輻射傳熱廣泛應(yīng)用于航天事業(yè)，工業(yè)鍋爐及太陽能集熱器中，對材料表面覆蓋涂層是提高光譜吸收比的有效手段，也是提高集熱器效率的重要措施。本裝置采用比較法測量物體的法向輻射率，通過熱傳導(dǎo)使熱源和傳導(dǎo)體的測量點穩(wěn)定在同

2、一溫度上。二、 裝置特點1. 裝置采用專用工作臺（配有萬向輪，移動方便）等；設(shè)計思路新穎，結(jié)構(gòu)安全可靠；2. 系統(tǒng)采用數(shù)顯高精度儀表，保證其精度和穩(wěn)定性，采用鉑熱電阻作為溫度探頭，測試觀測點的溫度；3. 電流型漏電保護、過載保護、接地保護，可對人身及設(shè)備進行有效保護。三、 技術(shù)指標1. 輸入電源：單相AC 220V±10%50Hz2. 工作環(huán)境：溫度 0 +40，相對濕度 85%（ 25 )，海拔 4000m3. 系統(tǒng)容量： 1kW4. 安全保護：具有漏電壓、漏電流保護裝置，安全符合國家標準5. 外形尺寸： 1170mm×720mm×1120mm1第二節(jié)實驗裝置介

3、紹實驗裝置如下圖1 所示，包括實物和電氣控制部分。實物由絕熱腔體和溫度傳感器，熱源，傳導(dǎo)體，受體組成。通過溫控儀監(jiān)控溫度，調(diào)壓旋鈕及調(diào)壓模塊來調(diào)節(jié)加熱器的功率。圖 1一、 對象組成由可移動實驗臺、絕熱腔體、溫度傳感器、熱源、傳導(dǎo)體、受體等組成。溫度傳感器： PT100 。電加熱棒：規(guī)格AC 220V/220W 。二、 控制系統(tǒng)由控制屏、漏電保護器、溫控儀、指示燈、按鈕開關(guān)、交流調(diào)壓模塊等組成。2第二章中溫法向輻射率測量實驗一、實驗?zāi)康挠帽容^法，定性地測量中溫輻射時物體黑度。二、原理概述由 n 個物體組成的輻射換熱系統(tǒng)中，利用凈輻射法，可以求物體I 的純換熱量 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 面的凈輻射換熱量。Qabs.i i 面從其他表面的吸熱量。Qe.i i 面本身的輻射熱量。 i i 面的黑度。Xi （ dk） k 面對 i 面的角系數(shù)。Eeff.k k 面有效的輻射力。Eb.i i 面的輻射力。i i 面的吸收率。Fi i 面的面積。根據(jù)本實驗的設(shè)備情況，可以認為：1. 熱源腔體端面 1 和傳導(dǎo)圓筒 2 為黑體。2. 熱源腔體端面1，傳導(dǎo)圓筒2，受體 3，它們表面上的溫度均勻（圖1）。23圖 2 輻射換熱簡圖1熱源腔體端面2傳導(dǎo)

5、圓筒3受體因此，公式（1）可寫成：3Q net .33 ( E b .1 F1 X 1 .3E b.2 F2 X 2 .3 )3 E b . 3 F3因為 F1F 3 ；33； X 3.2X 1.2， 又根據(jù)角系數(shù)的互換性F2 X 2.3F3 X 3.2，則：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）由于受體3 與環(huán)境主要以自然對流方式換熱，因此：q 3 = d (T3T f )（ 3）式中： d 換熱系數(shù)T3 待測物體（受體）溫度T

6、 f 環(huán)境溫度由（ 2）、（ 3）式得：3d (T3T f)（ 4）E b .2 X 1. 2 E b .3E b . 1 X 1 . 3當熱源腔體端面 1 和傳導(dǎo)圓筒2 的表面溫度一致時，E b .1 = E b .2，并考慮到，體系 1，2， 3，為封閉系統(tǒng)，則：X 1.3X 1.21由此，（ 4）式可寫成：d (T3T f )d (T3T f )（ 5）E b .1E b .3(T14T34 )3式中稱為斯蒂芬玻爾茨曼常數(shù)，其值為5.67× 10-8 w/(m2· k4）。物體的輻射率習(xí)慣上稱為黑度，記為。對不同待測物體（受體）a， b 的黑度為：a (T3aa(T1

7、4ab (T3bb(T14b設(shè)ab , 則：aTbTT f )T34a ) ；Tf )T34b )3aT3bT4T 34fT 1 bb（6）4T 34fT 1 aa4當 b 為黑體時，b 1，（6）式可寫成：T 3aT fT4T 34a1 bb（7）T 3bT fT4T 341 aa三、實驗設(shè)備1. 中溫法向輻射率測量儀2. 中溫法向輻射率測量對象四、實驗內(nèi)容和步驟本實驗儀器用比較法定性地測定物體的黑度，具體方法是通過改變?nèi)M加熱源溫度（熱源一組，傳導(dǎo)體二組） ，使熱源和傳導(dǎo)體的測量點穩(wěn)定在同一溫度上，然后分別測出“待測物體”和“黑體”兩種受體在恒溫條件下受到輻射后的溫度，再根據(jù)公式計算出“待

8、測物體”的黑度。具體步驟如下：1. 接通電源，調(diào)整熱源、傳導(dǎo)體左、傳導(dǎo)體右加熱棒的調(diào)壓旋鈕，使熱源溫度處在某一溫度下，通過溫控儀測量熱源、傳導(dǎo)體左、傳導(dǎo)體右的溫度，并根據(jù)測得的溫度微調(diào)相應(yīng)的調(diào)壓旋鈕，使三點溫度盡量一致。（建議電壓調(diào)節(jié)范圍30V 70V ，溫度調(diào)節(jié)范圍60 80。）2. 系統(tǒng)溫度穩(wěn)定（各測溫點基本接近，誤差不超過2，且在五分鐘內(nèi)各點溫度波動小于3）后，開始記錄受體溫度，當受體溫度五分鐘內(nèi)的變化小于3時，記下一組數(shù)據(jù)，分別為熱源溫度，傳導(dǎo)體左測溫度，傳導(dǎo)體右測溫度，受體溫度。3. 取下“待測物體” ，將受體更換為“黑體” ，然后重復(fù)以上實驗，測得第二組數(shù)據(jù)。將兩組數(shù)據(jù)代入公式（8

9、）即可得出待測物體的黑度受，即待測物體輻射率為受 。五、注意事項1. 熱源及傳導(dǎo)體的溫度不可超過95，熱源及傳導(dǎo)體調(diào)節(jié)電壓不宜超過100V ；實驗過程中不要直接和腔體接觸，以免燙傷。2. 做實驗時，熱源腔體和“待測物體”的腔體要緊密接觸，不能有縫隙。3. 在做實驗前，需檢查待測物體表面及黑體表面，確保待測物體表面光潔，否則用酒精將表面擦凈；確保黑體表面黑度均勻，否則用蠟燭進行表面熏黑。六、實驗所用計算公式根據(jù)（ 6）式本實驗所用計算公式為：受T受 (T源4T04 )（ 8）T0 (T源'4T受4 )0式中： 0 受體為“黑體”時的黑度，用比較法計算時可近似為1。受 受體為“待測物體”時的黑度。5T受 受體為“待測物體”時與環(huán)境的溫差，。T 0受體為“黑體”時與環(huán)境的溫差，。T源 受體為“黑體”時熱源的平均熱力學(xué)溫度，K 。T源' 受體為“待測物體”時熱源的平均熱力學(xué)溫度，K 。T0 受體為“黑體”時的熱力學(xué)溫度，K 。T受 受體為“待測物體”時的熱力學(xué)溫度，K 。計算中受體與環(huán)境的溫差單位可采用攝氏度，熱源與受體的溫度均采用熱力學(xué)溫度，單位為 K