中温辐射时物体黑度的测试..doc
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实验十六中温辐射时物体黑度的测试
一、实验目的
用比较法测量中温辐射时的物体黑度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，可以求某物体的净换热量。
针对本实验的设备情况，如图1所示，可以作以下假定：
1、热源1和传导圆筒2为黑体。
2、热源、传导圆筒2和待测物体（受体）3表面上的温度均匀。
图1辐射换热简图
1—热源2—传导圆筒3—待测物体
在这种特定条件下，净辐射法给出待测物体3的净辐射换热量：
Qnet.3=3（Eb.1F1ψ1.3+Eb.2F2ψ2.3）－ε3Eb.3F3
（1）
其中，α：
吸收率；Eb：
黑体辐射力；F：
辐射面积；ψ：
角系数
因为F1=F3；3=ε3；ψ3.2=ψ1.2又根据角系数的互换性F2ψ2.3=F3ψ3.2，则：
q3=Qnet.3/F3=ε3（Eb.1ψ1.3+Eb.2ψ1.2）－ε3Eb.3
=ε3（Eb.1ψ1.3+Eb.2ψ1.2－Eb.3）
（2）
由于受体3与环境主要以自然对流方程换热，因此：
q3=α（t3－tf） （3）
式中：
α：
换热系数；t3：
待测物体（受体）温度；tf：
环境温度
由
（2）、（3）式得：
（4）
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：
（5）
式中σ称为斯蒂芬——玻尔茨曼常数，其值为5.67×10-8w/m2k4。
对不同待测物体（受体）a,b的黑度ε为：
；
由于外部实验条件相同，故可设αa=αb，则：
（6）
当b为黑体时，εb≈1，（6）式可写成：
（7）
三、实验装置
实验装置简图如图2所示：
图2、实验装置简图
1、调压器2、测温转换开关3、数显温度计4、接线柱5、导轨6、热源7、传导体8、受体9、导轨支架
10、热源电压表11、接线柱12、测温接线柱（红为+）
13、电源开关
热源腔体具有一个测温热电偶，传导腔体有二个热电偶，受体有一个热电偶，它们都可过琴键转换开关来切换。
四、实验方法和步骤
本实验仪器用比较法测定物体的黑度，具体方法是通过对三组加热器电压的调整（热源一组，传导体二组），使热源和传导体的测量点恒定在同一温度上，然后分别将“待测”（受体为待测物体，具有原来的表面状态）和“假想黑体”（受体仍为待测物体，但表面薰黑）两种状态的受体在恒温条件下，测出受到辐射后的温度，就可按公式计算出待测物体的黑度。
具体步骤如下：
1、热源腔体和受体腔体（使用具有原来表面状态的物体作为受体）靠紧传导体。
2、用导线将仪器上的测温接线柱12与电位差计（用户自备）上的“未知”接线柱“+”“-”极连接好。
按电位差计使用方法进行调零、校准并选好量程（×1）。
3、接通电源，调整热源、传导左、传导右的调温旋钮，使其相应的电压表指针调至红点位置。
受热约40分钟左右，通过测温转换开关测试热源、传导左、传导右的温度，并根据测得的温度微调相应的电压旋钮，使三点温度尽量一致。
4、系统进入恒温后（各测温点基本接近，且在五分钟内各点温度波动小于3℃），开始测试受体温度，当受体温度五分钟内的变化小于3℃时，记下一组数据。
“待测”受体实验结束。
5、取下受体，将受体冷却后，用松脂（带有松脂的松木）或蜡烛将受体薰黑，然后对此“假想黑体”重复以上实验，测得第二组数据。
将两组数据代入公式即可得出待测物体的黑度ε受。
五、注意事项
1、热源及传导体的温度不宜超过200℃。
2、每次做原始状态实验时，建议用汽油或酒精将待测物体表面擦净，否则，试验结果将有较大出入。
六、试验所用计算公式
根据（6）式，本实验所用计算公式为：
（8）
式中：
ε受：
待测物体（受体）的黑度；
受：
“受体”与环境的温差；0：
“假想黑体”与环境的温差；
T源：
受体为“相对黑体”时热源的绝对温度；T0：
“相对黑体”的绝对温度；
：
受体为被测物体时的热源绝对温度；T受：
“待测”物体的绝对温度；
七、实验数据记录和处理（举例）
1．实验数据
序号
热源
传导体1
传导体2
受体（紫铜光面）
备注
N0
mv
℃
mv
℃
mv
℃
mv
℃
1
2
3
15.966
15.964
15.969
234
234
234
15.967
15.963
15.968
234
234
234
15.960
15.964
15.967
234
234
234
4.591
4.588
4.594
74
74
74
室温为25℃
平均℃
234+25=259
74+25=99
序号
N0
热源
传导体1
传导体2
受体（紫铜薰黑）
mv
℃
mv
℃
mv
℃
mv
℃
1
2
3
16.113
16.115
16.110
236
236
236
16.110
16.114
16.117
236
236
236
16.107
16.111
16.116
236
236
236
8.729
8.727
8.737
110
110
110
平均℃
236+25=261
110+25=135
2．实验结果
由实验数据得：
ΔT受=74KΔT0=110KT0=135+273＝408KT受=99+273＝372K
T源=261+273＝534KT/源=259+273＝532K
将以上数据代入（8）式得：
受体紫铜（原来表面状态）的黑度ε受为0.58。
附录镍铬-铜镍（鏮铜）热电偶（E型）温度-微伏对照表
μV
μV
μV
μV
μV
μV
μV
μV
μV
μV
温度
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
0
59
118
176
235
194
354
413
472
532
10
591
651
711
770
830
890
950
1010
1071
1131
20
1192
1252
1313
1373
1434
1495
1556
1617
1678
1740
30
1801
1862
1924
1986
2047
2109
2171
2233
2295
2357
40
2420
2482
2545
2607
2670
2733
2795
2858
2921
2984
50
3048
3111
3174
3238
3301
3365
3429
3492
3556
3620
60
3658
3749
3813
3877
3942
4006
4071
4136
4200
4265
70
4330
4395
4460
4526
4591
4656
4722
4788
4853
4919
80
4985
5051
5117
5183
5249
5315
5382
5448
5514
5581
90
5648
5714
5781
5848
5915
5982
6049
6117
6184
6251
100
6319
6386
6454
6522
6590
6658
6725
6794
6862
6930
110
6998
7066
7135
7203
7272
7341
7409
7478
7547
7616
120
7658
7754
7823
7892
7962
8031
8101
8170
8240
8309
130
8379
8449
8519
8589
8659
8729
8799
8869
8940
9010
140
9081
9151
9222
9292
9363
9434
9505
9576
9647
9718
150
9789
9860
9931
10003
10074
10145
10217
10288
10360
10432
160
10503
10575
10647
10719
10791
10863
10935
11007
11080
11152
170
11224
11297
11365
11412
11514
11587
11660
11733
11805
11878
180
11951
12024
12097
12170
12243
12317
12390
12463
12537
12610
190
12684
12757
12831
12904
12978
13052
13126
13199
13273
13347
200
13421
13495
13569
13644
13718
13792
13866
13941
14015
14090
210
14164
14239
14313
14388
14463
14537
14612
14687
14762
14837
220
14912
14987
15062
15137
15212
15287
15362
15438
15513
15588
230
15664
15739
15815
15890
15966
16041
16117
16193
16269
16344
240
16420
16496
16572
16648
16724
16800
16876
16952
17028
17104
250
17181
17257
17333
17409
17468
17562
17639
17715
17792
17868
260
17945
18021
18098
18175
18252
18328
18405
18482
18559
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