中温辐射时物体黑度的测试装置

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

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