傳熱學報告(共12頁)

1、傳熱學三級項目(xingm)報告書鋼生銹表面(biomin)黑度測量 姓名(xngmng)： 課程名稱：傳熱學 指導教師：金昕2013年6月 固體表面黑度的測定摘要：通過課上老師講解，我們了解到實際物體的輻射力與同溫度下黑體的輻射力之比稱為實際物體的黑度。為了測量固體表面黑度，首先設計一個已知外表面積的工件，將其放入不存在吸收熱輻射介質(zhì)的空腔內(nèi)（實驗中為真空中的系統(tǒng)），測出換熱量，通過調(diào)節(jié)試件外表面的溫度，研究試件表面黑度隨溫度的變化，再通過對實驗數(shù)據(jù)的分析整理，計算出黑度，通過圖像處理，得到固體表面黑度隨溫度的變化規(guī)律，進一步加深了對黑度的認識。前言(qin yn)：本項目目的在于熟悉物體表

2、面黑度的測試原理；熟練應用三維設計軟件對實驗試件的設計；分析影響物體表面黑度的因素；了解實驗原理，并對實驗設備進行拆裝，學會使用各種測試儀表進行測試；提高學生的動手能力、理論聯(lián)系實際能力和團隊的協(xié)作能力；得到查閱(chyu)文獻、閱讀相關技術資料和調(diào)查研究能力的訓煉；通過研究報告的撰寫使學生在科技文獻寫作方面獲得訓練。本項目主要內(nèi)容是測定試件表面黑度以及分析黑度隨溫度變化關系。黑度是輻射換熱的重要特性，黑度取決于物體的性質(zhì)，物體的溫度，表面狀態(tài)，波長，方向，通過本實驗的學習黑度概念和黑度測量，自己動手(dng shu)測繪試件、測量數(shù)據(jù)、分析結果，增強了動手實驗能力，培養(yǎng)靈活運用知識的能力和創(chuàng)

3、新思維。本實驗采用真空輻射法測定固體黑度的實驗方法，根據(jù)公式及日常經(jīng)驗預測試件表面黑度隨溫度升高呈下降趨勢。實驗目的1、鞏固輻射換熱理論.2、掌握用真空輻射法測定固體表面黑度的試驗方法.3、分析固體表面黑度隨溫度的變化規(guī)律.實驗設備介紹及實驗原理分析： 通過查閱相關資料，我們了解到研究黑度的方法主要有：輻射法、量熱計法和正規(guī)熱工況法。輻射法是建立在以被測物體的輻射和絕對黑體或其他輻射系數(shù)已知的輻射系數(shù)為已知的物體輻射，相比較的基礎之上的。本實驗采用輻射法。實驗原理當一物體放在另一物體的空腔內(nèi)，且空腔內(nèi)不存在吸收熱輻射的介質(zhì)時（如空氣），彼此(bc)以輻射換熱方式進行熱交換，其輻射換熱量為： (

4、W) (1)式中 F1 QUOTE * MERGEFORMAT 試件外表(wibio)面積（m2）；F2外殼(wi k)內(nèi)表面積（m2）；C0黑體輻射系數(shù)，C0=5.67W/m2K4；T1、T2分別為試件外表面和外殼內(nèi)表面的絕對溫度，K；1、2分別為試件外表面和外殼內(nèi)表面的黑度。如果F1、F2已知，通過實驗測量Q12、T1、T2，根據(jù)式（1）試件外表面黑度1可由下式算出：為了研究試件表面黑度1 隨溫度T1的變化關系，必須測量不停黑度下的黑度值，從而畫出1=f( T1)曲線。實驗裝置及設備實驗設備由黑度測定儀本體及三個系統(tǒng)組成。三個系統(tǒng)分別為1) 加熱系統(tǒng)：包括電加熱器、電流表、電壓表、調(diào)壓器、

5、穩(wěn)壓集成塊。2) 真空(zhnkng)系統(tǒng)：包括真空泵、真空保持閥、真空表、大氣閥以及(yj)密封裝置。3) 熱電偶測溫系統(tǒng)(xtng)：包括外殼及試件上的熱電偶、數(shù)顯溫度表。本體是由空心圓柱管的試件及外殼組成，試件外徑25mm，管長270mm。外殼內(nèi)徑99mm，管長270mm。本實驗裝置的外殼內(nèi)表面黑度取2=0.6。具體量原理及裝置如圖1所示。外殼試件熱電偶數(shù)顯溫度計電子調(diào)壓器真空泵真空閥大氣閥AV真空表圖1輻射傳熱實驗裝置簡圖圖2輻射傳熱實驗裝置圖設計思路該設備用于測量固體材料的表面黑度，根據(jù)輻射可以在真空中傳遞而導熱和對流(duli)則不能的特點設計制造。在該裝置中用真空泵把存在溫差的兩

6、個表面之間的空氣抽掉而形成真空，使得這兩個表面之間僅進行輻射傳熱，通過實驗分別測得各參數(shù)，再根據(jù)輻射換熱理論公式求出被測固體表面的黑度。設備(shbi)特色1、集成度高2、加熱(ji r)部分全部采用不銹鋼制造，美觀且永不銹蝕。3、采用數(shù)顯溫度表直接讀取熱電偶測得的溫度，使學生可以非常直觀地了解溫度的變化。4、采用電子調(diào)壓器方便地調(diào)節(jié)輸入電壓。5、儀器制造的美觀整潔，標牌完整。實驗試件測繪的三維圖及工程圖:圖3試件三維圖實驗步驟： 、用扳手將左側密封蓋打開，取出試件，用游標卡尺等工具測定并記錄試件的幾何參數(shù)：試件外徑為d1，管長L1，外殼(wi k)內(nèi)徑為d2，管長L2。 、將熱電偶測溫點固定

7、(gdng)在試件上，然后將試件穿過加熱棒固定，最后用密封蓋密封。同時連接好相關的儀表儀器，做好準備工作。、開啟真空泵，打開真空保持閥，觀察真空表，系統(tǒng)中形成真空后可以關閉真空泵。開啟加熱電源，調(diào)整調(diào)壓旋鈕，將電壓調(diào)到預設初值。經(jīng)過一段時間，觀察溫度表，待溫度基本(jbn)不再變化時，記錄溫度及電加熱器的電流電壓等數(shù)據(jù)。、數(shù)據(jù)測定，每間隔2個小時記錄溫度，電流和電壓數(shù)據(jù)。有的實驗設備密封性不好，測完數(shù)據(jù)后，再抽一次氣，使空腔內(nèi)保持真空狀態(tài)。、測完所有數(shù)據(jù)后，關閉加熱電源，打開通大氣閥，使空腔通大氣散熱。、實驗完畢，用扳手將左端密封蓋卸下，實驗剛做完時，試件溫度很高，等到試件溫度降到常溫時，緩慢

8、將試件取出，卸下熱電偶，再將試件放回原位，最后整理好試驗現(xiàn)場。、對數(shù)據(jù)進行分析、整理和歸納，做曲線圖找出規(guī)律。 注意事項及說明 1、停泵前必須先關閉真空閥； 2、真空(zhnkng)閥只能在開真空泵后打開，否則真空泵內(nèi)的油會被抽走。實驗(shyn)數(shù)據(jù)及實驗結果:實驗結果(ji gu)分析：本組實驗結果(ji gu)分析由于儀器本身以及時間間隔等各種因素，八組數(shù)據(jù)中有兩組數(shù)據(jù)得到的黑度均大于1，有較大的實驗誤差。根據(jù)以上數(shù)據(jù)在坐標紙上畫出黑度與工件(gngjin)外表面溫度的曲線圖，由圖可以看出黑度與工件表面溫度的關系：試件表面的黑度受溫度的影響，但對于銹蝕處理的鋼管，黑度受溫度的影響相對較小

9、。對于整個圖線，相對來說較為平穩(wěn)，黑度在0.95左右上下浮動。實驗誤差分析 (1) 絕對穩(wěn)態(tài)很難達到（2）絕對真空很難達到（3）設備不準確，可能存在漏氣等現(xiàn)象（4）給定的黑度（定值）不夠準確，也會受溫度的影響（5）實驗設備使用指針型的電壓表和電流表，使讀取數(shù)據(jù)時產(chǎn)生誤差（6）調(diào)電壓時使用的是旋鈕，使調(diào)電壓的過程中難以調(diào)準（7）讀取數(shù)據(jù)的時間間隔應為兩小時，但實際測量過程，未能準確遵守，故時間誤差較大（8）使用游標卡尺等工具對試件進行幾何尺寸的測量時存在誤差（9）時間存放時間較長，表面性質(zhì)放生變化，從而影響試件的黑度測量不同試件實驗結果比較經(jīng)比較不同處理方式試件的實驗結果(ji gu)及實驗圖像

10、，可以得出結論：物體表面的黑度與物體的性質(zhì)、表面狀況和溫度等因素有關，是物體本身的固有(gyu)特性。一般來說表面粗糙度越大，黑度越大。對于不同的材料，溫度對其影響的情況也各不相同，應相應的具體分析。理論上黑度的值應介于0和1之間，但是(dnsh)就實驗得出，有些黑度是大于1的，這說明實驗過程中仍存在許多的誤差，將影響到實驗的準確性。總結：在這次實驗中，我們對輻射換熱理論有了更深一步的了解，掌握了用真空輻射發(fā)測定固體表面黑度的試驗方法。實驗結束后,通過數(shù)據(jù)分析,我們發(fā)現(xiàn)試件表面黑度受溫度的影響,而且通過對比其它組的結果發(fā)現(xiàn)不同材料的物體表面黑度隨溫度升高是不同的變化。通過這次項目實驗，增強了我們提高我們的動手能力、理論聯(lián)系實際能力和團隊的協(xié)作能力；通過相關資料的查閱，鍛煉了我們查閱文獻、閱讀相關技術資料和調(diào)查研究能力；通過研究報告的撰寫增強了我們科技文獻的寫作能力；這次項目使我們認識到團隊合作的精神和科學的嚴謹性，了解到物體表面黑度與表面溫度的關系及變化趨勢。黑度是衡量物體表面輻射換熱能力的一個重要指標，在工業(yè)生產(chǎn)中應用廣泛，了解并掌握這一知識對于工業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。在此也十分