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文檔簡介
1、 中溫輻射時物體黑度的測定實驗一、實驗?zāi)康挠帽容^法定性地測量中溫輻射時物體的黑度。二、實驗原理由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面的純輻射換熱量Qnet.i (1)式中:Qnet.i為i面的凈輻射換熱量;Qabs.i為i面從其他表面的吸熱量;Qe.i 為i面本身的輻射熱量;i為i面的黑度;i(dk)為k面對i面的角系數(shù);Eeff.k為k面有效的輻射力;Eb.i為i面的輻射力;為 i面的吸收率;Fi為i面的面積。根據(jù)本實驗的設(shè)備情況,可以認為:1、傳導(dǎo)圓筒2為黑體。2、熱源1、傳導(dǎo)圓筒2、待測物體(受體)3,它們表面上的溫度均勻。圖1 輻射傳熱簡圖1-熱源;2-傳導(dǎo)圓筒;
2、3-待測物體(受體)因此,公式(1)可寫成:Qnet.3=3(Eb.1 F11.3+ Eb.2 F22.33Eb.3 F3)因為F1= F3;3=3;3.2=1.2, 又根據(jù)角系數(shù)的互換性F22.3= F33.2 ,則:q3=Qnet.3/F3=3(Eb.11.3+ Eb.21.2)3Eb.3 =3(Eb.11.3+ Eb.21.2Eb.3) (2)由于受體3與環(huán)境主要以自然對流方式換熱,因此: q3=(t3tf) (3)式中:為換熱系數(shù);t3為待測物體(受體)溫度;tf為環(huán)境溫度。由(2)、(3)式得: (4)當(dāng)熱源1和黑體圓筒2的表面溫度一致時,Eb1=Eb2,并考慮到體系1、2、3為封閉
3、系統(tǒng),則:1.3+1.2=1由此,(4)式可寫成: (5)式中b稱為斯蒂芬玻爾茨曼常數(shù),其值為5.67×10-8w/(m2·k4)。對不同待測物體(受體)a、b的黑度為: 設(shè), 則: (6)當(dāng)b為黑體時,b1,(6)式可寫成: (7)三、實驗裝置實驗裝置簡圖如圖2所示: 圖2 實驗裝置簡圖熱源腔體具有一個測溫電阻,傳導(dǎo)腔體有二個熱電阻,受體有一個熱電阻,它們都可通過控溫儀表來顯示。四、實驗方法和步驟本實驗儀器用比較法測定物體的黑度,具體方法是通過對三組加熱器電壓的調(diào)整(熱源一組,傳導(dǎo)體二組),使熱源和傳導(dǎo)體的測量點恒定在同一溫度上,然后分別將“待測體”(受體為待測物體,具有
4、原來的表面狀態(tài))和“黑體”(受體仍為待測物體,但表面薰黑)兩種狀態(tài)的受體在恒溫條件下,測出受到輻射后的溫度,就可按公式計算出待測物體的黑度。具體步驟如下:1、將熱源腔體和受體腔體(使用具有原來表面狀態(tài)的物體作為受體)靠緊傳導(dǎo)體。2、接通電源,調(diào)整熱源、傳導(dǎo)左、傳導(dǎo)右的調(diào)溫旋鈕,使熱源溫度在50至150范圍內(nèi)某一溫度,受熱約40分鐘左右,通過測溫轉(zhuǎn)換開關(guān)及測溫儀表測試熱源、傳導(dǎo)左、傳導(dǎo)右的溫度,并使控溫表設(shè)定值一致,使三點溫度盡量一致。3、系統(tǒng)進入恒溫后(各測溫點基本接近,且在五分鐘內(nèi)各點溫度波動小于3),開始測試受體溫度,當(dāng)受體溫度五分鐘內(nèi)的變化小于3時,記下一組數(shù)據(jù),“待測”受體實驗結(jié)束。4
5、、取下受體,將受體冷卻后,用松脂或蠟燭將受體薰黑,然后重復(fù)以上實驗,測得第二組數(shù)據(jù)(本實驗臺備用有一只薰黑好的受體,換上即可)。將兩組數(shù)據(jù)代入公式即可得出待測物體的黑度受。五、實驗注意事項1、熱源及傳導(dǎo)體的溫度不可超過150。2、每次做原始狀態(tài)實驗時,建議用汽油或酒精將待測物體(受體)表面擦凈,否則,試驗結(jié)果將有較大出入。六、試驗所用計算公式根據(jù)(6)式本實驗所用計算公式為: (8)式中:0為相對黑體(熏黑時)的黑度,該值可假設(shè)為1;受為待測物體(受體,光面時)的黑度;受為受體與環(huán)境的溫差;0為黑體與環(huán)境的溫差;T源為受體為相對黑體時熱源的絕對溫度;為受體為待測物體時的熱源絕對溫度;T0為相對
6、黑體的絕對溫度;T受為待測物體的絕對溫度。七、實驗數(shù)據(jù)處理(舉例) 1、實驗數(shù)據(jù)(表7-1)表7-1 物體黑度測量數(shù)據(jù)記錄表序號熱源(mv)傳導(dǎo)體 (mv)受體(紫銅光面)(mv)備注1(或左)2(或右)12315.96615.96415.96915.96715.96315.96815.96015.96415.9674.5914.5884.594室溫為25平均()234+25=25974+25=99序號熱源(mv)傳導(dǎo)體 (mv)受體(紫銅薰黑)(mv)1(或左)2(或右)12316.11316.11516.11016.11016.11416.11716.10716.11116.1168.7298.7278.737平均()236+25=261110+25=1352、實驗結(jié)果由實驗數(shù)據(jù)得:T受=74K T0=(135+273)KT0=110K T/源=(259+273)KT源=(261+273)K T受=(99+273)K將以上數(shù)據(jù)代入(8)式得:在假定紫銅(薰黑狀態(tài))0=1時,受體紫銅(光面
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