材料固体表面黑度的测定

燕山大学机械工程学院材料固体表面黑度的测定项目汇报指导教师：金昕小组成员：豆旭安张鹏赵华龙前言依据认识论的基本原理，为了贯彻CDIO的教学理念，培养学生应用现代设计理论和方法解决实际问题的能力，设立该课程项目。项目采用完全开放形式，学生结成团队，每个团队按照项目要求，提出需要解决的问题并以所学的理论和方法解决问题，写出格式完整的项目报告和PPT讲演稿，进行公开答辩。长期以来学生习惯于被动学习、解决答案惟一的命题问题，缺乏学习的主动性、联系实际不够。设立这样的开放性教学项目对于引导学生积极思考、主动学习、学会自学，提高学生综合运用所学知识，提出、分析和解决实际问题的综合能力有重要意义。该项目实际内容共分为实验用试件测量与图纸绘制试件的组装表面黑度测试完成项目报告并进行答辩四部分。同学们自由分组，三人一组，每个小组完成一种材料（或不同表面粗糙度）在不同温度下的表面黑度测定。小组每名成员均有自己独立的设计或测试任务，包括零件及部件图纸绘制，温度测试及黑度测试等，组长负责任务的分配和协调，并组织组内成员最终完成装配和测试任务。相信同学们通过这次实验，一定可以更好的掌握课本知识，掌握黑度的概念，深刻了解固体材料黑度与温度的关系。此外，此次实验项目也可以锻炼同学们的动手能力和团队合作能力。目录一、设备介绍及实验原理分析二、实验试件测绘及三维图三、实验步骤介绍四、实验数据及实验结果五、实验结果分析六、总结一、实验设备介绍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真空表图1--辐射传热实验装置简图装置实体图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。本体是由圆柱管的试件及外壳组成。试件外径为φ25mm，管长270mm。外壳内径为φ99mm，管长270mm。本实验装置的外壳内表面黑度取ε2=0.6。具体测量原理及装置参见图4-1。实验原理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，其辐射换热量由下式计算：441201121122100100111TTCFQFF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。（1）当F1、F2为已知，由实验测得Q12、T1、T2，根据式（1）试件外表面黑度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。二、实验试件测绘如图为本组对镀铬管进行测绘图片，最终测得实验试件尺寸为：实验试件三维图三、实验步骤介绍1、将所用的仪表及测量仪器按图1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流电压。4、改变加热器的电压，待各点温度达到新的稳定状态后，重复第3项，记录不同温度下的各组数据。5、打开通大气阀，使空腔内通大气散热。然后换另一种表面材料的试件重新测量，重复步骤1-4。最后实验完毕，切断电源，整理好实验现场。四、实验数据及实验结果材料序号UIT1T2ε1VA℃℃镀铬1160.2272420.762180.2583420.663200.2893430.644220.31103430.625240.34111460.656260.37125460.597280.40135470.598300.44150480.569320.44153500.58计算不同温度下的ε1值，画出ε1=f(T1)的曲线，并对实验结果进行分析。五、实验结果分析及结论分析造成实验误差的因素有：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环境温度会对实验产生一定的影响。实验结论：物体发射辐射能，是由于构成物质的微观粒子因振荡和跃迁而释放能量。这种振荡是靠物质的内能，即靠温度来维持的。黑度：实际物体的辐射力与同温度下的辐射力之比成为实际物体的黑度。由此可知，理论上温度越高，物体越接近黑体，黑度越高。但实验由于以下造成实验误差的因素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）环境温度会对实验产生一定的影响3)=0.6，会随温度变化而变化，将其认为是定值有误差。从而导致我们的数据所得到的图形是黑度随温度升高而降低，这是实验误差引起的错误结论。六、总结在此次三级项目中，我们不仅检验了我们所学习的知识，而且也加深了对知识的全面理解，更重要的是，在项目过程中，我们小组成员分工设计，互相探讨，积极学习对方的优点和长处，也虚心听取他人的意见和建议，你离改正自身的缺点和不足。这次三级项目使我们领悟到团队协作的重要性，教会了我们在团队协作过程中，如何去把握一件事，如何去做好一件事，又如何去认真、细致的完成一件事，充分的尽到自己的责任和义务。当发生分歧时，我们会静下心来认真听取不同的声音，会宽容和理解他人。非常感谢帮助我们完成任务的老师和同学们。谢谢