中温辐射时物体黑度的测试装置

实验指导书

一、 实验目的

用比较法定性的测量中温辐射时物体的黑度ε。

二、 原理概述

用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Qnet.i

Qnet.i ＝Qabs.i－Qei

＝di∫FKEeffk ψ(dk)idFk－ε

i

EbiFi （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。 Qei－i面本身的辐射热量。

i－i

ε

面的黑度。

ψdki－k面对i面的角系数。

Eeffk－k面的有效辐射力。 Ebi－i面的辐射力。 di－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1，传导圆筒2为黑体。

2) 热源1，传导筒2，待测物体（受体）3。它们表面上的温度均匀（见附图）因此公 式（1）可写成：

Qnet.3 ＝α3（Eb1F1Ψ1.3 ＋Eb.2F2Ψ2.3－ε因为：F1＝F3; α3＝ε

3

Eb3F3）

F2Ψ2.3＝F3Ψ3.2，

3; Ψ3.2＝Ψ1.2。又根据角系数的互换性

则：

q3＝Qnet.3/ F3＝ε ＝ε

3（

3（

Eb1Ψ1.3 ＋Eb.2Ψ1.2－ε3Eb3）

Eb1Ψ1.3 ＋Eb.2Ψ1.2－Eb3） （2）

由于受体3与环境主要以自然对流方式换热，因此：

q3＝α（t3－tf） （3）

式中：α－换热系数

t3－待测物体（受力）温度

tf－环境温度 由（2），（3）式可得： ε

当热源1和黑体圆筒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，则：（Ψ1.3＋Ψ1.2）＝1

由此，（4）式可写成：

3＝ （4）

α（t3-tf） Eb1Ψ1.3＋Eb.2Ψ1.2－Eb3 ε

式中δ

（5） 3＝ ＝ 44α（t3-tf） Eb1－Eb1 α（t3-tf） δb(T1－T3) b称为史蒂芬－玻尔茨曼常数，其值为5.7*10w/m.k

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对不同待测物体（受体）a,b的黑度ε为：

ε

3＝ 44αa(T3a－Tf) δ(T1a－T3a) εb＝

αb(T3b－Tf) δ(T41b－T43b) 设αa＝α

b

，则： T3a－Tf

T41b－T43b

ε

a

T3b－Tf T1a－T3a 当b为黑体时，εb≈1，（6）式可写成

b εε（6） ＝ · 44

ε

T3a－Tf T3b－Tf T41b－T43b T1a－T3a （7） 3＝ · 44三、 实验装置

实验装置如图所示

7 6 5 8 84 3 19 2 1

1：电源开关 2：传导体（2）调压钮～电压表 3：传导体（1）调压钮～电压表 4：

热源调压钮～电压表 5：热源腔体 6：传导腔体（1） 7：传导腔体（2） 8：受体

9:温度显示及控制仪

热源具有一个测温热电偶，传导腔体有两个热电偶，受体有一个热电偶，巡检仪可同时显示并控制四个测温点的温度，观察对应的巡检仪通道窗口来记录其温度值。

四、 实验方法和步骤

本仪器用比较法定性的测定物体的黑度。具体方法是通过对三组加热器电压的调整（热源一组，传导体两组），使热源和传导体的测温点恒定在同一温度上，然后分别将“待测”（受体为待测物体，具有原来的表面温度）和“黑体”（受体仍为待测物体，但表面熏黑）两种状态的受体在相同的时间接受热辐射，测出受到辐射后的温度，就可按公式计算出待测