燕山大学传热学Q235生锈表面黑度测量

《传热学》三级项目演示汇报PPT项目名称：Q235生锈表面黑度测量组员名称：日期：2012年11月20号项目简介一、黑体与黑度黑体是指能够吸收投射到其表面上的全部辐射热能的物体；实际物体的辐射力与同温度下黑体的辐射力之比称为实际物体的黑度。二、黑度的测量为了测量固体表面黑度，首先设计一个已知外表面积的工件，将其放入不存在吸收热辐射介质的空腔内（实验中为真空中的系统），测出换热量，通过调节试件外表面的温度，研究试件表面黑度随温度的变化，再通过对实验数据的分析整理，计算出黑度，通过图像处理，得到固体表面黑度随温度的变化规律，进一步加深了对黑度的认识项目的意义本项目结合机械专业及传热学课程特点，以表面黑度的测试为目标，通过理论学习和项目实践，使学生懂得：(1)熟悉物体表面黑度的测试原理；(2)熟练应用三维设计软件对实验试件的设计；(3)分析影响物体表面黑度的因素；(4)了解实验原理，并对实验设备进行拆装，学会使用各种测试仪表进行测试；(5)提高学生的动手能力、理论联系实际能力和团队的协作能力；（6）得到查阅文献、阅读相关技术资料和调查研究能力的训炼；（7）通过研究报告的撰写使学生在科技文献写作方面获得训练；（8）通过PPT讲演稿的撰写和实际答辩过程，使学生在PPT文稿撰写和演讲技术方面获得训练。实验原理及设备研究黑度的方法主要有：辐射法、量热计法和正规热工况法，本实验采用辐射法。一、实验原理当一物体放在另一物体的空腔内，且空腔内不存在吸收热辐射的介质时（如空气），彼此以辐射换热方式进行热交换，其辐射换热量由以下公式计算：441201121122100100111TTCFQFF（1）式中F1——试件外表面积（m2）；F2——外壳内表面积（m2）；C0——黑体辐射系数，C0=5.67W/m2K4；T1、T2——分别为试件外表面和外壳内表面的绝对温度，K；ε1、ε2——分别为试件外表面和外壳内表面的黑度。如果F1、F2已知，通过实验测量Q12、T1、T2，根据式（1）试件外表面黑度ε1可由下式算出：441201111222100100111TTCFFQF（2）为了研究时间表面黑度ε1随温度T1的变化，必须测量不同温度下的黑度值，从而画出ε1=f(T1)曲线。二、实验装置及设备实验设备由黑度测定仪本体及三个系统组成。三个系统分别为1、加热系统：包括电加热器、电流表、电压表、调压器、稳压集成块。2、真空系统：包括真空泵、真空保持阀、真空表、大气阀以及密封装置。3)、热电偶测温系统：包括外壳及试件上的热电偶、数显温度表。本体是由空心圆柱管的试件及外壳组成，试件外径25mm，管长270mm。外壳内径99mm，管长270mm。本实验装置的外壳内表面黑度取ε2=0.6。具体量原理及装置如图所示。外壳试件热电偶数显温度计电子调压器真空泵真空阀大气阀AV真空表辐射传热实验装置简图实验试件测绘的二维图实验试件照片以及制作的三维图实验步骤1、实验前所有的仪表及测量仪器已经由指导老师连接好，指导老师同意提示开启电源。2、开启真空泵，打开真空保持阀，使系统中形成真空。观察真空表，系统中形成真空后可以关闭真空泵。开启加热电源，调整调压旋钮，将电压调到预设初值。3、经过一段，观察温度表，待温度基本不变时记录第一组温度及电加热器的电流电压。改变加热器的电压，待各点温度达到新的稳定状态后，记录第二组数据。4、重复第4项，然后记录第三组数据。5、打开通大气阀，使空腔内通大气散热，待温度降至室温后，拆除工件6、根据初始设定项目目的，对数据进行分析、整理和归纳，做曲线图分析固体表面黑度随温度的变化规律。实验数据及实验结果材料序号UIT1T2ε1VA℃℃生锈1160.2265380.91382180.2573420.97053200.2881430.94114220.3190450.91755240.3397450.88936280.49119450.99407300.52129480.97458320.58140500.98899340.60147520.9920由实验数据可得关系曲线如下考虑到实验设备系统误差较大，我们小组采用Matlab软件对实验点进行曲线描绘如上图，由上图所示曲线易看出随温度T1的增长，生锈试件表面的黑度在一定范围内有波动，但总体呈先降低后上升的趋势。为了更好地了解不同试件的表面黑度，我们从其他小组那里获得了其他小组的实验数据，并对其他小组的数据进行了处理如下，并对比这四种不同试件黑度与表面温度的关系材料序号UIT1T2ε1VA℃℃普通1160.2261290.82180.2573310.723200.2883330.714220.3193350.715240.35101350.746260.37100370.917280.40115420.828300.43123440.849320.45138470.74材料序号UIT1T2ε1VA℃℃黑化1160.2457380.852180.2667400.763200.3075460.884220.3277440.935240.3696480.766260.3695460.827280.41117500.688300.41116480.739320.45133510.67材料序号UIT1T2ε1VA℃℃镀铬1160.2268410.88572180.2462290.97923200.2891430.68534220.3091340.70885240.34114450.61386260.36118390.61897280.40136470.58518300.41145440.54719320.44156440.5374通过分析各组的数据，我们了解到在温度不断增加的同时，试件表面的黑度值在一定范围内有波动，但总体都呈先减小后增大的趋势心得与体会•在实验过程中，我们认识到，实验过程中的每一个因素都会影响到最终的实验结果，比如这次实验中的仪器绝对真空的保持，加热系统电压电流的稳定，以及等待足够的时间以使系统达到稳态等等，以上所有的这些都会使实验产生一定的误差，甚至是使实验错误，达不到预期的效果，而我们在实验过程中严格按照试验规程操作，尽量减少了这方面的误差，取得了较为满意的结果。•在进行实验后的数据处理工作时，我们经过了多次严密的计算，并与已有的实验数据变化趋势进行比较，发现我们的数据中其中一组数据存在明显的不合理性，影响到了实验整体的精确度，所以经过讨论，我们舍弃了这一组数据，使不同温度下黑度的变化规律更加符合预期。•通过对上述几种试件表面经不同方式处理后得到的黑度随时间变化关系的分析，并且得到了黑度随温度变化的曲线描绘图，加上整个实验过程，不但使我们巩固了学习的辐射换热理论，而且还掌握了用真空辐射法测定固体表面黑度的实验方法。•实验过程中我们小组明确分工，每个人记录几组数据，最后统一处理。同时作项目时有人负责测绘，有人负责处理数据，有人负责作PPT等，有序而高效的完成了整个实验过程，提高了团队协作能力.实验过程中需要我们对仪器进行操作，拆装试件，对试件进行测绘等，这提高了我们的动手能力。•总之，在这次实验中我们巩固了课本上的理论知识，学到了将黑度及辐射换热的有关知识运用到实践中的方法，提高了自身的能力，收获颇多。参考文献《传热学》杨世铭陶文铨著高等教育出版社1998年出版《传热学》张兴中黄文著国防工业出版社2011年出版《Pro/ENGINEERWildfire4.0实用教程》梁玲赵春章著清华大学出版社2008年出版谢谢