中温辐射时物体黑度的测定.doc

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中温辐射时物体黑度的测定

实验目的

用比较法,定性地测量中温辐射时物体黑度ε。

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,可以求出物体I的纯换热量Qnet.i

QUOTEQnet.i=Qabs.i-Q

式中:

QUOTEQnet.i—i面的净辐射换热量;

QUOTEQabs.i—i面从其他表面吸收的热量;

QUOTEQe.i—i面本身的辐射换热量;

QUOTEεi—i面的黑度;

—k面对i面的角系数;

QUOTEEeff.k—k面的有效辐射力;

QUOTEEb.i—i面的辐射力;

—i面的吸收率;

—i面的面积。

根据本实验的设备情况,可以认为:

传导圆筒2为黑体;

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—辐射换热简图

热源,2—传热圆筒,3—待测物体

因此,公式(1)可写成:

因为F1=F3;QUOTEε3;;又根据角系数的互换性,则

(2)

由于受3与环境主要以自然对流方程换热,因此:

QUOTEq3=αdT3-Tf

式中:QUOTEαd—换热系数;

QUOTET3—待测物体(受体)温度;

—环境温度。

由(2)、(3)式得:

QUOTEε3=αdT3-T

当热源1与黑体圆筒2的表面温度一致时,Eb1

由此,(4)式可写成:

QUOTEε3=αT3-Tf

式中σb称为斯蒂芬—玻尔茨曼常数,其值为5.7×10-8w/m2k4

对于不同待测物体(受体)a,b的黑度ε为:

QUOTEεa=αaT3a

QUOTEεb=αbT3b

设QUOTEαa=αb,则:

(6)

当b为黑体时,εb≈

QUOTEεa=T3a-Tf

四、实验方法和步骤

本实验用比较法定性的测量物体的黑度,具体的方法是通过对三组加热器电压的调整(热源一组,传递体二组),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,但表面熏黑)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:

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,建议用汽油或酒精将待测物体表面擦净。

接通电源,拉开温度设定按钮使其设定到试验所需温度(热源及传导的温度不宜超过95℃)

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,计下一组数据。“待测

取下受体,将受体冷却后,用松脂(带有松脂的松木)或蜡烛将受体熏黑,然后重复以上实验,取得第二组数据。

将两组数据带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宜超过95℃

2、每次做原始状态实验时,建议用汽油或酒精将待测物体表面擦净。否则,实验结果将有较大出入。

六、实验所用计算公式

根据(6)式本实验所用计算公式为:

ε受

式中:ε0—

ε受—

△T受

△T受

T源—

T源,

T0—相对黑体的绝对温度;

T受—

七、实验数据记录和处理(举例)

序号

N0

热源

传导℃

受体(紫铜光面)

备注

1

2

1

2

3

259

260

260

99

室温25

平均℃

序号

N0

热源

传导℃

受体(紫铜熏黑)

1

2

1

2

3

261

260

260

135

平均℃

A0实验数据

B0实验结果

由实验数据得:

△T受=74KT0=(135+273)K

△T0=74KT源′=(259+273)K

T源=(261+273)KT受=(99+273)K

将以上数据带入(8)式得:

在假设ε0=1时,受体紫铜(原来表面状态)的黑度即为0.58。

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