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燕山大学传热学三级项目 ——固体表面黑度的测定 专业：11级机设1班 小组名单： 指导教师：黄文 2013年12月2日 2013年12月2日 目录 前言 .. 1 第一章 简介 2 第二章 实验项目报告 2 2.1实验设备介绍及实验原理 2 2.2 实验步骤介绍 6 2.3 实验数据及实验结果 7 2.4实验结果分析 9 2.5实验误差分析 9 第三章 心得体会 ... 10 第四章 参考文献 11 PAGE PAGE 1 前言 本实验的目的是为了巩固辐射换热理论，掌握用真空辐射法测定固体表面黑度的试验方法，分析固体表面黑度随温度的变化规律。在辐射换热理论中，黑体占有重要地位，黑度取决于物体的性质、物体的温度、表面状态、波长、方向等，通过本实验的学习，更加深入地理解了辐射换热理论，掌握了用真空辐射法测定固体表面黑度的方法。本实验根据已经有的实验仪器，通过对电压的调节，两个小时进行一次数据记录。本实验装置中存在空气泵，可以将管内的空气抽干净，以保证在实验过程中没有导热对实验的影响。实验室要记录两个温度和当时仪器的电压和电流。通过公式进行计算，在坐标图上画出曲线，以便分析不同温度下对表面黑度的影响。通过对不同组的实验数据进行横向比较，可以看出不同材料的黑度受温度的不同影响。小组成员自己装卸仪器，测量工件尺寸，记录实验数据，增强了动手能力，根据生活经验和传热学知识，我们判断固体表面的黑度随温度的升高呈现下降或波动趋势。 第一章 简介 通过传热学课程的深入学习，知道了实际物体的辐射力与同温度下的黑体的辐射力的比值称为实际物体的黑度，它表明实际物体与黑体简的接近程度，与物体种类和表面状态有关。这个实验应用真空辐射法测定固体表面的黑度，首先设计一个已知长度和直径的试件，将其放入另一物体的空腔内，并且空腔内不存在吸收热辐射的介质（如空气），该实验为真空，通过电加热彼此之间以辐射换热方式进行热交换，然后通过计算换热量和调节试件外表面温度，分析固体表面黑度随温度的变化规律以及不同物体同一温度下的黑体值。 第二章 实验项目报告 2.1实验设备介绍及实验原理 本实验采用真空辐射换热法。实验设备由黑度测定分析仪本体及三个系统 组成。三个系统分别为： 1）加热系统：包括电加热器、电流表、电压表、调压器、稳压集成块。 2）真空系统：包括真空泵、真空保持阀、真空表、气阀以及密封装置。 3）热电偶测温系统：包括外壳及试件上的热电偶、数显湿度表。 本体是由圆柱管的试件及外壳组成。试件外径为25mm,管长270mm.外壳内径为99mm，管长为270mm。本实验装置的外壳内表面黑度取ε2=0.6。具体测量原理及装置参见图1。当一物体放在另一物体的空腔内，且空腔内不存在吸收辐射换热的介质时（如空气），彼此以辐射换热方式进行热交换，其辐射换热量由下式计算： 式中 F1——事件外表面积 F2——外壳内表面积 C0——黑体辐射系数 T1，T2——分别为试件外表面和外壳内表面的绝对温度 ε1，ε2——分别为试件外边面和外壳内表面的黑度 当F1，F2为已知，由实验测得Q12，T1，T2，根据式一试件外表面黑度可算出 4）试件结构三维模型如下： 2.2 实验步骤介绍 1）将所用的仪器及测量仪器按图1连接好，经指导老师同意，开启电源。 2）开启真空泵，打开真空保持阀，使系统中形成真空。观察真空表，系统中形成真空后可以关闭真空泵。开启加热电源，调整调压旋钮，将电压调到预设初值。 3）经过一段时间，观察温度表，待温度基本不再变化时记录第一组温度及电加热器的电压电流。 4）改变电压器的电压，待各点温度达到新的稳定状态后，记录第二组数据。重复第四项，然后记录第三组数据。 5）打开通大气阀，使空腔内通大气散热。最后实验毕，切断电源，整理好实验现场。 2.3 实验数据及实验结果 材料 U I T1 T2 ε1 V A ℃ ℃ 发 黑 处 理 16 0.23 58 25 0.85187 18 0.25 72 26 0.67682 20 0.29 83 29 0.69777 22 0.32 98 31 0.62335 24 0.34 108 32 0.60355 26 0.36 121 43 0.60910 28 0.38 140 45 0.51067 30 0.41 149 47 0.52595 1 32 0.43 160 49 0.51066 34 0.