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