中温法向辐射率测量仪实验指导书 目 录 第一章 实验装置说明 1 第一节 系统概述 1 一、 概述 1 二、 装置特点 1 三、 技术指标 1 第二节 实验装置介绍 2 一、 对象组成 2 二、 控制系统 2 第二章 中温法向辐射率测量实验 3 一、实验目的 3 二、原理概述 3 三、实验设备 5 四、实验内容和步骤 5 五、注意事项 5 六、实验所用计算公式 5 七、实验数据记录和处理 6 八、实验报告 6 九、思考题 6 第一章 实验装置说明 第一节 系统概述 一、 概述 辐射是指能量以电磁波或粒子的形式向外扩散。辐射传热广泛应用于航天事业，工业锅炉及太阳能集热器中，对材料表面覆盖涂层是提高光谱吸收比的有效手段，也是提高集热器效率的重要措施。本装置采用比较法测量物体的法向辐射率，通过热传导使热源和传导体的测量点稳定在同一温度上。
二、 装置特点 1. 装置采用专用工作台（配有万向轮，移动方便）等；
设计思路新颖，结构安全可靠；
2. 系统采用数显高精度仪表，保证其精度和稳定性，采用铂热电阻作为温度探头，测试观测点的温度；
3. 电流型漏电保护、过载保护、接地保护，可对人身及设备进行有效保护。
三、 技术指标 1. 输入电源：单相 AC 220V ±10% 50Hz 2. 工作环境：温度0℃～+40℃，相对湿度＜85%（25℃)，海拔＜4000m 3. 系统容量：＜1kW 4. 安全保护：具有漏电压、漏电流保护装置，安全符合国家标准 5. 外形尺寸：1170mm×720mm×1120mm 第二节 实验装置介绍 实验装置如下图1所示，包括实物和电气控制部分。实物由绝热腔体和温度传感器，热源，传导体，受体组成。通过温控仪监控温度，调压旋钮及调压模块来调节加热器的功率。
图1 一、 对象组成 由可移动实验台、绝热腔体、温度传感器、热源、传导体、受体等组成。
温度传感器：PT100。
电加热棒：规格AC 220V/220W。
二、 控制系统 由控制屏、漏电保护器、温控仪、指示灯、按钮开关、交流调压模块等组成。
第二章 中温法向辐射率测量实验 一、实验目的 用比较法，定性地测量中温辐射时物体黑度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，可以求物体I的纯换热量：
(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。
Qe.i ——i面本身的辐射热量。
εi ——i面的黑度。
Xi（dk）——k面对i面的角系数。
Eeff.k——k面有效的辐射力。
Eb.i——i面的辐射力。
—— 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. 热源腔体端面1和传导圆筒2为黑体。
2. 热源腔体端面1，传导圆筒2，受体3，它们表面上的温度均匀（图1）。
图2 辐射换热简图 1—热源腔体端面 2—传导圆筒 3—受体 因此，公式（1）可写成：
因为；
；
， 又根据角系数的互换性，则：
== = （2）
由于受体3与环境主要以自然对流方式换热，因此：
= （3）
式中：——换热系数 ——待测物体（受体）温度 ——环境温度 由（2）、（3）式得：
（4）
当热源腔体端面1和传导圆筒2的表面温度一致时，= ，并考虑到，体系1，2，3，为封闭系统，则：
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5.67×10-8 w/(m2·k4）。
物体的辐射率习惯上称为黑度，记为ε。
对不同待测物体（受体）a，b的黑度ε为：
；
设, 则：
（6）
当b为黑体时，≈1，（6）式可写成：
（7）
三、实验设备 1. 中温法向辐射率测量仪 2. 中温法向辐射率测量对象 四、实验内容和步骤 本实验仪器用比较法定性地测定物体的黑度，具体方法是通过改变三组加热源温度（热源一组，传导体二组），使热源和传导体的测量点稳定在同一温度上，然后分别测出“待测物体”和“黑体”两种受体在恒温条件下受到辐射后的温度，再根据公式计算出“待测物体”的黑度。
具体步骤如下：
1. 接通电源，调整热源、传导体左、传导体右加热棒的调压旋钮，使热源温度处在某一温度下，通过温控仪测量热源、传导体左、传导体右的温度，并根据测得的温度微调相应的调压旋钮，使三点温度尽量一致。（建议电压调节范围30V～70V，温度调节范围60℃～80℃。）
2. 系统温度稳定（各测温点基本接近，误差不超过2℃，且在五分钟内各点温度波动小于3℃）后，开始记录受体温度，当受体温度五分钟内的变化小于3℃时，记下一组数据，分别为热源温度，传导体左测温度，传导体右测温度，受体温度。
3. 取下“待测物体”，将受体更换为“黑体”，然后重复以上实验，测得第二组数据。将两组数据代入公式（8）即可得出待测物体的黑度，即待测物体辐射率为。
五、注意事项 1. 热源及传导体的温度不可超过95℃，热源及传导体调节电压不宜超过100V；
实验过程中不要直接和腔体接触，以免烫伤。
2. 做实验时，热源腔体和“待测物体”的腔体要紧密接触，不能有缝隙。
3. 在做实验前，需检查待测物体表面及黑体表面，确保待测物体表面光洁，否则用酒精将表面擦净；
确保黑体表面黑度均匀，否则用蜡烛进行表面熏黑。
六、实验所用计算公式 根据（6）式本实验所用计算公式为：
（8）
式中：——受体为“黑体”时的黑度，用比较法计算时可近似为1。
——受体为“待测物体”时的黑度。
——受体为“待测物体”时与环境的温差，℃。
0——受体为“黑体”时与环境的温差，℃。
——受体为“黑体”时热源的平均热力学温度，K。
——受体为“待测物体”时热源的平均热力学温度，K。
——受体为“黑体”时的热力学温度，K。
——受体为“待测物体”时的热力学温度，K。
计算中受体与环境的温差单位可采用摄氏度，热源与受体的温度均采用热力学温度，单位为K。
七、实验数据记录和处理 室温_____℃ 热源温度/℃ 传导体左测温度/℃ 传导体右测温度/℃ 热源平均温度/℃ 受体温度/℃ 受体与环境 温差/℃ 1（待测）
2（黑体）
八、实验报告 分析腔体内温度的分布情况对实验结果的影响。
九、思考题 1. 分析随着热源温度的升高，受体黑度的变化规律。
2. 分析热源与受体之间的距离改变对实验结果的影响。
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