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1、 传热学三级项目报告固体表面黑度的测定姓 名：张凯利 张志行 郑福鑫吴立军 娄家兴 邢增日课程名称：传热学指导老师：张兴中2013 年 12 月 1 日2目录一 、摘要3二 、前言4三 、项目报告正文53.1 实验设备介绍及实验原理分析 53.2 实验步骤介绍 83.3 实验数据及实验结果 83.4 实验结果分析113.5 实验误差分析12四 、总结12五 、参考文献 123一摘要通过传热学的学习，知道了实际物体的黑度是指实际物体的辐射力与同温度下的黑体的辐射力的比值，与物体种类和表面状态有关。本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，
2、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。4二、前言本实验的目的有三点：一是为了巩固辐射换热理论，二是掌握用真空辐射法测定固体表面黑度的试验方法，三是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，
3、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。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。5三、项目报告正文3.1 实验设备介绍及实验原理分析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、大气阀以及密封装置。3）热
4、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 2=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：44120112120TCFQ式中 F1试件外表面积（） ；F2外壳内表面积（） ；C0黑体辐射系数，C0=5.67W/m2K4；T1、T2分别为试件外表面和外壳内表面的绝对温度，K；1、2分别为试件外表面和外壳内表面的黑度。当 F
5、1、F2 已知，通过实验测量 Q12、T1、T2，根据式（1）试件外表面黑度 1 可由下式算出：644120 11 1220TCFFQ 外壳 试件热电偶 数显温度计电子调压器真空泵真空阀 大气阀AV真空表图 1 辐射传热实验装置简图7图 2 实验试件测绘的三维图3.2 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
6、，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。最后实验完毕，切断电源，整理好实验现场。83.3 实验数据及实验结果实验数据记录表U I T1 T2 材料V A 116 0.23 54 40 2.3218 0.24 63 41 1.4820 0.28 70 43 1.5122 0.31 79 44 1.3224 0.34 88 45 1.2126 0.36 91 37 1.2028 0.39 105 41 0.9930 0.42 115 43 0.9632 0.44 123 46 0.95锈蚀处理34 0.48 131 48
7、 0.993.4 实验结果分析两个图9实验结果和数据处理可得出以下结论：理论上实验测试的试件表面黑度在试验温度范围内 50130内随温度上升呈波动状变化，但并非周期性波动。随温度升高试件表面黑度波动幅值变小并有向某一确定值靠近的趋势，但由于存在误差，实验测量表明试件表面黑度随温度上升呈现下降趋势。3.5 实验误差分析1.实验仪器本身由于精密程度的限制及测量原理的约束可能存在一定的系统误差。 2.环境温度会对实验测量产生一些影响。 3.实验数据是分配在一天中用两台仪器测得有所差异，可能引起一些误差。 4.真空条件不能百分之百保证会造成测量误差5.本实验 2 的取值实际上是在变化的，为方便计算取 2=0.6，此处存在误差。四 总结通过这次实验，增强了我们的动手能力和实践能力，认识了团队精神的重要性和科学研究的严谨性，掌握了新型的思维方法，认识了解了不同固体表面黑度随温度的变化规律。黑度是衡量物体表面辐射换热能力的一个重要指标，在工业生产中有广泛应用，了解掌握这一知识很有必要，学有所用乐在其中，在此小组成员十分感谢老师的辛勤和耐心的指导。五 参考文献传热学 张兴中 黄文 刘庆国 著传热学实验指导书 张岩岩 编写
