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中温法向辐射率测量仪实验指导书
2020-11-15 09:41:49 ℃中温法向辐射率测量仪实验指导书 目 录 第一章 实验装置说明 1 第一节 系统概述 1 一、 概述 1 二、 装置特点 1 三、 技术指标 1 第二节 实验装置介绍 2 一、 对象组成 2 二、 控制系统 2 第二章 中温法向辐射率测量实验 3 一、实验目的 3 二、原理概述 3 三、实验设备 5 四、实验内容和步骤 5 五、注意事项 5 六、实验所用计算公式 5 七、实验数据记录和处理 6 八、实验报告 6 九、思考题 6
第一章 实验装置说明 第一节 系统概述 一、 概述 辐射是指能量以电磁波或粒子的形式向外扩散。辐射传热广泛应用于航天事业,工业锅炉及太阳能集热器中,对材料表面覆盖涂层是提高光谱吸收比的有效手段,也是提高集热器效率的重要措施。本装置采用比较法测量物体的法向辐射率,通过热传导使热源和传导体的测量点稳定在同一温度上。
二、 装置特点 1. 装置采用专用工作台(配有万向轮,移动方便)等;设计思路新颖,结构安全可靠; 2. 系统采用数显高精度仪表,保证其精度和稳定性,采用铂热电阻作为温度探头,测试观测点的温度; 3. 电流型漏电保护、过载保护、接地保护,可对人身及设备进行有效保护。
三、 技术指标 1. 输入电源:单相 AC 220V ±10%
50Hz 2. 工作环境:温度0℃~+40℃,相对湿度<85%(25℃),海拔<4000m 3. 系统容量:<1kW 4. 安全保护:具有漏电压、漏电流保护装置,安全符合国家标准 5. 外形尺寸:1170mm×720mm×1120mm
第二节 实验装置介绍 实验装置如下图1所示,包括实物和电气控制部分。实物由绝热腔体和温度传感器,热源,传导体,受体组成。通过温控仪监控温度,调压旋钮及调压模块来调节加热器的功率。
图1 一、 对象组成 由可移动实验台、绝热腔体、温度传感器、热源、传导体、受体等组成。
温度传感器:PT100。
电加热棒:规格AC 220V/220W。
二、 控制系统 由控制屏、漏电保护器、温控仪、指示灯、按钮开关、交流调压模块等组成。
第二章 中温法向辐射率测量实验 一、实验目的 用比较法,定性地测量中温辐射时物体黑度ε。
二、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,可以求物体I的纯换热量:
(1) 式中:
Qnet.i——i面的净辐射换热量。
Qabs.i——i面从其他表面的吸热量。
Qe.i
——i面本身的辐射热量。
εi
——i面的黑度。
Xi(dk)——k面对i面的角系数。
Eeff.k——k面有效的辐射力。
Eb.i——i面的辐射力。
—— i面的吸收率。
Fi——i面的面积。
根据本实验的设备情况,可以认为:
1. 热源腔体端面1和传导圆筒2为黑体。
2. 热源腔体端面1,传导圆筒2,受体3,它们表面上的温度均匀(图1)。
图2 辐射换热简图 1—热源腔体端面
2—传导圆筒
3—受体 因此,公式(1)可写成:
因为;;, 又根据角系数的互换性,则:
== =
(2) 由于受体3与环境主要以自然对流方式换热,因此:
=
(3) 式中:——换热系数 ——待测物体(受体)温度 ——环境温度 由(2)、(3)式得:
(4) 当热源腔体端面1和传导圆筒2的表面温度一致时,=
,并考虑到,体系1,2,3,为封闭系统,则:
由此,(4)式可写成:
(5) 式中σ称为斯蒂芬——玻尔茨曼常数,其值为5.67×10-8
w/(m2·k4)。
物体的辐射率习惯上称为黑度,记为ε。
对不同待测物体(受体)a,b的黑度ε为:
;
设, 则:
(6) 当b为黑体时,≈1,(6)式可写成:
(7) 三、实验设备 1. 中温法向辐射率测量仪 2. 中温法向辐射率测量对象 四、实验内容和步骤 本实验仪器用比较法定性地测定物体的黑度,具体方法是通过改变三组加热源温度(热源一组,传导体二组),使热源和传导体的测量点稳定在同一温度上,然后分别测出“待测物体”和“黑体”两种受体在恒温条件下受到辐射后的温度,再根据公式计算出“待测物体”的黑度。
具体步骤如下:
1. 接通电源,调整热源、传导体左、传导体右加热棒的调压旋钮,使热源温度处在某一温度下,通过温控仪测量热源、传导体左、传导体右的温度,并根据测得的温度微调相应的调压旋钮,使三点温度尽量一致。(建议电压调节范围30V~70V,温度调节范围60℃~80℃。) 2. 系统温度稳定(各测温点基本接近,误差不超过2℃,且在五分钟内各点温度波动小于3℃)后,开始记录受体温度,当受体温度五分钟内的变化小于3℃时,记下一组数据,分别为热源温度,传导体左测温度,传导体右测温度,受体温度。
3. 取下“待测物体”,将受体更换为“黑体”,然后重复以上实验,测得第二组数据。将两组数据代入公式(8)即可得出待测物体的黑度,即待测物体辐射率为。
五、注意事项 1. 热源及传导体的温度不可超过95℃,热源及传导体调节电压不宜超过100V;实验过程中不要直接和腔体接触,以免烫伤。
2. 做实验时,热源腔体和“待测物体”的腔体要紧密接触,不能有缝隙。
3. 在做实验前,需检查待测物体表面及黑体表面,确保待测物体表面光洁,否则用酒精将表面擦净;确保黑体表面黑度均匀,否则用蜡烛进行表面熏黑。
六、实验所用计算公式 根据(6)式本实验所用计算公式为:
(8) 式中:——受体为“黑体”时的黑度,用比较法计算时可近似为1。
——受体为“待测物体”时的黑度。
——受体为“待测物体”时与环境的温差,℃。
0——受体为“黑体”时与环境的温差,℃。
——受体为“黑体”时热源的平均热力学温度,K。
——受体为“待测物体”时热源的平均热力学温度,K。
——受体为“黑体”时的热力学温度,K。
——受体为“待测物体”时的热力学温度,K。
计算中受体与环境的温差单位可采用摄氏度,热源与受体的温度均采用热力学温度,单位为K。
七、实验数据记录和处理
室温_____℃
热源温度/℃ 传导体左测温度/℃ 传导体右测温度/℃ 热源平均温度/℃ 受体温度/℃ 受体与环境 温差/℃ 1(待测)
2(黑体)
八、实验报告 分析腔体内温度的分布情况对实验结果的影响。
九、思考题 1. 分析随着热源温度的升高,受体黑度的变化规律。
2. 分析热源与受体之间的距离改变对实验结果的影响。
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