《建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)》 教案 7-6 7.1.6中溫輻射時(shí)物體黑度測(cè)定實(shí)驗(yàn)

中溫輻射時(shí)物體黑度測(cè)定實(shí)驗(yàn)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(guān)，是物體本身的固有特性，與外界環(huán)境情況無關(guān)。通常物體的黑度需經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定。實(shí)驗(yàn)?zāi)康蘑凫柟虩彷椛涞幕靖拍詈突纠碚?，加深?duì)黑度概念的理解。②學(xué)習(xí)法向輻射率測(cè)量?jī)x的基本原理，掌握比較法測(cè)定物體表面黑度的實(shí)驗(yàn)方法。③通過學(xué)生自主動(dòng)手設(shè)計(jì)試件、測(cè)量數(shù)據(jù)、分析結(jié)果，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)的能力和創(chuàng)新思維。實(shí)驗(yàn)原理用n個(gè)物體組成的輻射換熱體系中，利用凈輻射法，可以求物體的純換熱量Qnet,i，即 （1）式中——面的凈輻射換熱量，W；——面從其他表面的吸熱量，W；——面本身的輻射換熱量，W；——面的黑度；——面對(duì)面的角系數(shù)；——面的有效輻射力，W/m2；——面的輻射力，W/m2；——面的吸收率；——面面積，m2。圖1物體黑度測(cè)定實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖熱源2-傳導(dǎo)圓簡(jiǎn)3-待測(cè)物體本實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)圖如圖1所示，可以認(rèn)為：熱源、傳熱圓筒為黑體且熱源、傳導(dǎo)圓簡(jiǎn)和待測(cè)物體（受體），它們表面上的溫度均勻。因此，REF_Ref32514\h式1可以寫成 （2）因?yàn)?，又根?jù)角系數(shù)的互換性，則 = （3）由于受體與環(huán)境主要以自然對(duì)流方式傳熱，因此 （4）式中——對(duì)流換熱系數(shù)，W/（m2·℃）；——待測(cè)物體（受體）溫度，℃；——環(huán)境溫度，℃。由REF_Ref3390\h式（3）、REF_Ref3397\h式（4）可得 （5）當(dāng)熱源和黑體圓筒的表面溫度一致時(shí)，，并考慮到體系1、2、3為封閉系統(tǒng)，則 （6）由此，REF_Ref4285\h式（5）可以寫成 （7）式中——斯蒂芬-玻爾茲曼常量，=5.67×108W/（m2·K4）。對(duì)不同待測(cè)物體（受體）的黑度為設(shè)，則 （8）當(dāng)為黑體時(shí)，，REF_Ref12779\h式（8）可寫成 （9）實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及裝置實(shí)驗(yàn)裝置如REF_Ref14232\h圖2所示。熱源具有一個(gè)測(cè)溫?zé)犭娕?，傳?dǎo)腔體有兩個(gè)熱電偶，受體有一個(gè)熱電偶，它們都可以通過溫度測(cè)量轉(zhuǎn)換開關(guān)來切換。圖2物體黑度測(cè)定實(shí)驗(yàn)裝置示意圖實(shí)驗(yàn)步驟及方法本儀器用比較法定性地測(cè)定物體的黑度，具體方法是通過對(duì)三組加熱器電壓的調(diào)整（熱源一組，傳導(dǎo)體兩組），使熱源和傳導(dǎo)體的測(cè)溫點(diǎn)恒定在同一溫度上，然后分別將“待測(cè)”（受體為待測(cè)物體，具有原來的表面狀態(tài)）和“黑體”（受體仍為待測(cè)物體，但表面熏黑）兩種狀態(tài)的受體在相同的時(shí)間接受熱輻射，測(cè)出收到輻射后的溫度，就可按公式計(jì)算出待測(cè)物體的黑度。為了測(cè)實(shí)成功，最好在實(shí)測(cè)前對(duì)熱源和傳導(dǎo)體的恒溫控制方法進(jìn)行1-2次探索，掌握規(guī)律后再進(jìn)行正式測(cè)試。具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：①將熱源腔體和受體腔體（先用“待測(cè)”狀態(tài)的受體）對(duì)正靠近傳導(dǎo)體，并在受體腔體與傳導(dǎo)體之間插人石棉板隔熱。②接通電源，調(diào)整熱源、傳導(dǎo)左和傳導(dǎo)右的調(diào)溫旋鈕，使其相應(yīng)的加熱電壓調(diào)到合適的數(shù)值。加熱30min左右，對(duì)熱源和傳導(dǎo)體兩側(cè)的測(cè)溫點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)溫度值，微調(diào)相應(yīng)的加熱電壓，直至所有測(cè)點(diǎn)的溫度基本上穩(wěn)定在要求的溫度上。③系統(tǒng)進(jìn)入恒溫后（各測(cè)點(diǎn)的溫度基本接近，且各測(cè)點(diǎn)的溫度波動(dòng)小于3℃），去掉隔熱板，使受體腔體靠近傳導(dǎo)體，然后每隔10min對(duì)受體的溫度進(jìn)行測(cè)試、記錄，測(cè)得一組數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，要監(jiān)測(cè)熱源和傳導(dǎo)體的溫度，并隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。④取下受體腔體，待受體冷卻后，用松脂(帶有松脂的松木)或蠟燭將受體表面熏黑。然后重復(fù)上述方法，對(duì)“黑體”進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得第二組數(shù)據(jù)。⑤將兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行整理后代入公式，即可得出待測(cè)物體的黑度。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表1物體黑度測(cè)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表序號(hào)熱源溫度/℃?zhèn)鲗?dǎo)/℃受體/℃123123平均/℃序號(hào)熱源溫度/℃?zhèn)鲗?dǎo)/℃受體（表面熏黑）/℃123123平均/℃實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析根據(jù)REF_Ref12779\h式（8），本實(shí)驗(yàn)所用計(jì)算公式為 （10）式中——相對(duì)黑體的黑度，該值可假設(shè)為1；——待測(cè)物體（受體）的黑度；——受體為相對(duì)黑體時(shí)熱源的絕對(duì)溫度，K；——受體為被測(cè)物體時(shí)熱源的絕對(duì)溫度，K；——相對(duì)黑體的絕對(duì)溫度，K；——待測(cè)物體（受體）的絕對(duì)溫度，K。根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的實(shí)際情況，可以采用以下方案：對(duì)同一待測(cè)物體（受體），在完全相同條件下，進(jìn)行兩次實(shí)驗(yàn)。一次是將待測(cè)物體（受體）用松脂