实验 中温法向发射率测定实验 下载本文

内容发布更新时间 : 2024/12/25 4:39:15星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

实验 中温法向发射率测定实验

一、实验目的

1. 了解测量物体表面法向辐射率的基本原理,加深对法向辐射的理解; 2. 巩固热电偶测温的应用技术;

3. 熟悉仪器及操作步骤,测定典型辐射表面的法向辐射率。

二、实验原理

将热源和传导体加热到一定温度,热源法向辐射的热量被受体吸收,使受体升温,通过与热源、传导体和受体相连接的热电偶测量得到被测点的温度,再利用温度与发射率之间的关系式(1),可计算出辐射率:

4?受?T受(T源?T04)? 44?0?T0(T测源?T受) (1)

式中:

?0—相对黑体的黑度,可假设为1; ?T受—受体与环境的温差;

?受—待测物体(受体)的黑度;

T源—受体为相对黑体时热源的绝对温度; T测源—受体为被测物体时热源的绝对温度; T受—待测物体(受体)的绝对温度。

?T0—黑体与环境的温差; T0—相对黑体的绝对温度;

公式的推导如下:

Q2 Q1

待测物体(受体)<———黑体圆筒<———热源

由n个物体组成的辐射换热系统中,利用净辐射法,可以求物体i的纯换热量:

Qneti?Qabsi?Qei?di??FKefkk?(dk)idFk??iEbiFi

k?1n (2)

式中:Qneti—i面的净辐射换热量;

Qei—i面本身的辐射热量;

Qabsi—i面从其他表面的吸热量;

?i—i面的黑度;

Ebi—i面的辐射力; Fi—i面面积

?(dk)i—k面对i面的角系数;

Eefk—k面的有效辐射力; di—i面的吸收率;

根据本实验的设备情况,可作如下假设: 1) 热源1、传导圆筒2为黑体。

2) 热源1、传导圆筒2、待测物体(受体)3表面上的温度均匀。 据此,公式(2)可写为

Qnet3?a3(Eb1F1?1,3?Eb2F2?2,3)??3Eb3F3

因为F1?F3,a3??3,?1,2??2,3,又根据角系数的互换性F2?2,3?F3?3,2,可得到:

q3??net3F3??3(Eb1?1,3?Eb2?1,2)??3Eb3??3(Eb1?1,3?Eb2?1,2?Eb3)

(3)

由于受体3与环境主要以自然对流方式换热,因此

q3?a(t3?tf)

(4)

式中:a—换热系数;t3—待测物体(受体)温度;tf—环境温度。

a(t3?tf)由(3)、(4)式可得:?3?

Eb1?1,3?Eb2?1,2?Eb3 (5)

当热源1和黑体筒2的表面温度一致时,Eb1?Eb2,并考虑到体系1、2、3为封闭系统,有(?1,3??1,2)=1,由此(5)式可写成:

a(t?t)a(t3?tf) ?3?3f?Eb1?Eb3?b(T14?T34) (6)

式中?b为斯蒂芬—玻尔兹曼常数,其值为5.7?10?8W/m2?K4。对不同待测物体(受体)a、b的黑度?,有?a?aa(T3,a?Tf)44?(T1,a?T3,a),?b?ab(T3,b?Tf)44?(T1,b?T3,b)设aa?ab,有

44?aT3,a?TfT1,b?T3,b??4 4?bT3,b?TfT1,a?T3,a (7)

44T3,a?TfT1,b?T3,b?4当b为黑体时,?b?1时,(7)式可写成:?a? 4T3,b?TfT1,a?T3,a三、实验装置

采用一个热电偶测量热源腔体的温度,传导体较大,采用三个热电偶测温,受体采用一个热电偶,将热电偶的测量值通过A-D转换,直接转变为温度值,并显示在仪器上。可以通过琴键开关切换观察5个温度测量值。

图1 中温法向发射率测定实验系统

四、实验步骤

1. 将热源腔体和受体腔对正,靠近黑体圆筒,但不要接触(保持有1 mm左右的距离)。 2. 接通电源开关,此时信号灯亮,表示热源传导体(黑体圆筒)的加热正常。用热源电压调节

器调节热源加热器,使热源电压表的读数在50~60V之间;用传导体电压调节器调节传导体加热器,使传导体电压表的读数在110~120V之间,待温度基本稳定后(一般约需20分钟),按下测温开关逐点检测,反复调节上述电压调节器旋钮,使热源和传导体的温度尽量接近。 3. 在热源和传导体的温度基本接近后,即可进行测量。间隔10分钟,对热源、传导体和待测物

体(受体)的温度进行巡回测量,并将各次读数记录下来。

4. 当各测点的温度前后差值小于3℃时,再巡回测量三组数据即可结束第一个实验。 5. 保持热源和传导体的温度不变,用松脂、蜡烛或墨汁将被测物体(受体)熏黑,稳定30分钟

后,按步骤3,重复测量三组数据,结束第二个实验。 6. 关闭电源开关,停止加热。

热源 传导体(黑体圆筒) 导轨 受体 数显温度计 热源电压表 传导体(1)电压表 传导体(2)电压表 测温开关 数显开关 电位 电源开关 热源电压调节器 传导体(1)电压调节器 传导体(2)电压调节器

图2 中温法向发射率测定实验装置结构

五、实验数据记录 序号 1 2 3 平均温度℃ 序号 1 2 3 平均温度℃ 热源温度℃ 热源温度℃ 传导体温度℃ 1 传导体温度℃ 1 2 2 受体(紫铜)温度 ℃ 受体(紫铜熏黑)温度 ℃ 室温 ℃ 六、实验报告

1. 简述实验原理和仪器结构原理。 2. 列表测量得到的所有原始数据。 3. 计算受体的法向辐射率。

4. 实验中你所遇到的最明显的问题是什么?你对该仪器的可靠性有何评价?

5. 实验测得的辐射率是什么温度下的数值?如何利用该仪器测定不同温度下的法向辐射