固体表面黑度的测定报告

传热学三级项目报告固体表面黑度的测定姓名：课程名称：工程传热学指导老师：任素波摘要：我们已经知道实际物体的辐射力与同温度下的黑体的辐射力的比值称为实际物体的黑度，物体表面的黑度与物体的性质、表面状况和温度等因素有关，是物体本身的固有特性，与外界环境情况无关。这个实验应用真空辐射法测定固体表面的黑度，首先设计一个已知长度和直径的圆柱形试件，将其放入另一已知长度和直径的圆柱形试件的空腔内，并且空腔内为真空，通过电加热彼此之间以辐射换热方式进行热交换，然后通过计算换热量和调节试件外表面温度，分析固体表面黑度随温度的变化规律。1.前言物体可按其辐射特性分为黑体、灰体和选择性辐射体三大类。其中黑体是能发射全波段的热辐射，在相同的温度条件下，辐射能力最大。在一定温度下，将灰体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能力之比定义为物体的黑度，或物体的发射率，用ε表示。物体表面的黑度与物体的性质、表面状况和温度等因素有关，是物体本身的固有特性，与外界环境情况无关。通常物体的黑度需实验测定。在应用科学中，常把吸收系数接近于1的物体近似的当作黑体（实际物体的辐射与同温度下的黑体的辐射力之比）。实验的目的是为了巩固辐射换热理论，掌握用真空辐射法测定固体表面黑度的试验方法，分析固体表面黑度随温度的变化规律。实验要记录两个温度和当时仪器的电压和电流，用其乘积来作为辐射换热量。通过公式进行计算，在坐标图上画出曲线，以便分析不同温度下对表面黑度的影响（ε2取0.6）。我们判断固体表面的黑度随温度的升高呈现波动趋势。2.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辐射换热的介质时（如空气），彼此以辐射换热方式进行热交换，其辐射换热量由下式计算：441201121122100100111TTCFQFF式中F1——错误!未找到引用源。试件外表面积（㎡）；F2——外壳内表面积（㎡）；Co——黑体辐射系数，Co=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。黑度ε1可由下式算出：441201111222100100111TTCFFQF为了研究试件表面黑度ε1随温度T1的变化关系，必须测量不同温度下的黑度值，从而画出ε1=f（T1）曲线。3.实验装置及设备本实验采用真空辐射换热法。实验设备由黑度测定分析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、数显湿度表。本体是由圆柱管的试件及外壳组成。试件外径为25mm,管长270mm.外壳内径为98mm，管长为272mm。本实验装置的外壳内表面黑度取ε2=0.6。图1辐射传实验装置简图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真空表试件的三维绘制图（inventor绘图软件）试件的二维绘制图（CAXA绘图软件）4.实验步骤及注意事项4.1实验步骤（1）将所用的仪器及测量仪器按图连接好，经指导老师同意，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）经过一段时间，观察温度表，待温度基本不再变化时记录第一组温度及电加热器的电压电流。（4）改变电压器的电压，待各点温度达到新的稳定状态后，记录第二组数据。重复第四项，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。最后实验完毕，切断电源，整理好实验现场。4.2实验要求及注意事项（1）停泵前必须先关闭真空阀。（2）真空阀只能在开真空泵后打开，否则真空泵内的油会被抽走。（3）计算不同温度下的ε1值，画出ε1=f（T1）曲线，并对实验结果进行分析。5.实验数据记录及处理数据记录表试件组号电压U电流IT1/℃T2/℃ε1Q12T1/KT2/K黑化铸铁1160.260330.85893.23333062180.2469350.87624.323423083200.2678370.82445.23513104220.2987390.82086.383603125240.3296400.80727.683693136260.34110520.80118.843833257280.36119530.81659.523923268300.4128550.7873124013289320.42139560.730313.4441232910340.45145570.765415.3418330理论上实验测试的试件表面黑度在试验温度范围内随温度上升呈波动状变化，但并非周期性波动。但由于存在误差且误差较大所以结果并不明显。6.实验误差分析（1）实验仪器本身，由于精密程度的限制级测量原理的约束，可能存在一定的系统误差。（2）环境温度对实验产生一定的影响。（3）实验数据是分配在一天中用两台仪器测得有所差异，可能引起一些误差。（4）真空条件不能百分之百保证造成测量误差。（5）本实验ε的取值实际上是在变化的，为方便取为0.6，此处有误差。7.感想心得这是我们实验时的记录照片：都说实践是检验真理的唯一标准，但是在我们进行实践之前我们得先了解真理，所以在做实验之前，我们要掌握好课本知识，基本的理论知识，这就要求我们上课的时候要认真听老师的讲解，同时自己也要不断的吸收知识。通过这次实验，增强了我们的动手能力和实践能力，认识了团队精神的重要性和科学研究的严谨性，掌握了新型的思维方法，认识了解了不同固体表面黑度随温度的变化规律。8.参考文献《传热学》张兴中黄文刘庆国著《传热学实验指导书》吴玉娟张岩岩编写