本文格式為Word版，下載可任意編輯——第十一節中溫輻射黑度測定試驗第十一節中溫輻射黑度測定試驗

實際物體的發射率（黑度）與物體的表面狀態（包括物體表面溫度、表面粗糙度以及表面氧化層、表面雜質或涂層的存在）有關。金屬的發射率隨表面溫度的上升而增大，而非金屬的發射率一般是隨表面溫度的上升而減小。金屬的發射率比非金屬的小得多。本試驗用比較法，定性地測量中溫輻射時物體黑度ε。

學生根據給定的試驗目的要求和試驗條件，自己設計試驗方案，可以進一步分析黑度與熱源的溫度及受體的溫度的關系。本試驗為設計性試驗。

一、試驗目的

（1）穩定和深化封閉空腔輻射換熱過程的基本理論，學習用比較法測定中溫輻射時物體黑度的試驗方法和技能。

（2）測定50℃～150℃范圍內某一溫度下待測物體（受體）的黑度。

（3）確定50℃～150℃范圍內待測物體（受體）的黑度與溫度的變化關系。二、試驗原理

由n個物體組成的輻射換熱系統中，利用凈輻射法，可以求物體I的純換熱量Qnet.i

Qnet,i?Qabs,i?Qe,i??i??AJiXi,jdAj??iEbiAi(4-98)

j?1jn式中Qne,it——i面的凈輻射換熱量，W；

Qabs,i——i面從其他表面的吸熱量，W；

Qe,i——i面本身的輻射熱量，W；

?i——i面的黑度；

Xi,j——j面對i面的角系數；

Ji——j面有效的輻射力，W/m2；Ebi——i面的輻射力，W/m2；?i——i面的吸收率；Ai——i面的面積，m2。

根據本試驗的設備狀況，可以認為：（1）傳導圓筒2為黑體。

（2）熱源1、傳導圓筒2、待測物體（受體）3表面上的溫度均勻（如圖4-28所示）。

因此，式（4-98）可寫成：

Qnet,3??3Eb1A1X1,3?Eb2A2X2,3??3Eb3A3（4-99）

??

?—熱源；?—傳導圓筒；?—待測物體?

圖?????輻射換熱簡圖?

由于A2X2,3?A3X3,2，則：1?A3；?3??3；X3,2?X1,2，又根據角系數的互換性Aq3?Qnet,3??3(Eb1X1,3?Eb2X1,2)??3Eb3??3(Eb1X1,3?Eb2X1,2?Eb3)W/m2（4-10A30）

由于受體3與周邊環境主要以自然對流方式換熱，因此：

q3?ht3?tfW/m2（4-101）

式中

K；h——換熱系數，W/m2·

??t3——待測物體（受體）溫度，℃；tf——環境溫度，℃。

由式（4-100）和式（4-101）得：

hd?t3?tf??3?（4-102）Eb1X1.3?Eb2X1.2?Eb3當熱源1和黑體圓筒2的表面溫度一致時，Eb1=Eb2，并考慮到，體系1、2、3為封閉系統，則：

X1,3?X1,2?1

由此，式（4-102）可寫成：

h?t3?tf?h?t3?tf?（4-103）ε3??44Eb1?Eb3σb?T1?T3?式中σb稱為斯蒂芬—波爾茲曼常數，其值為5.67×10-8w/m2k4。

對不同待測物體（受體）a、b的黑度ε為：

ha?T3a?Tf?4?σb?T14?Ta3ah?Tb?Tf?εb?b34

?σb?T1b?T34bεa?設ha?hb,則：

44T3a?TfTεa1b?T3b（4-104）?4?44εbT3b?TfT?T1a3a當b為黑體時，εb≈1，式（4-104）可寫成：

44T3a?TfT1b?T3b?4εa?（4-105）4T3b?TfT?T1a3a三、試驗裝置

試驗裝置簡圖如圖4-29所示。熱源腔體具有一個測溫電偶，傳導腔體有二個熱電偶，受體有一個熱電偶，它們都可過琴鍵轉換開關來切換。

四、試驗方法和步驟

本試驗儀器用比較法定性地測定物體的黑度，具體方法是通過對兩組加熱器電壓的調整（熱源一組，傳導體一組），使熱源和傳導體的測量點恒定在同一溫度上，然后分別將“待測〞（受體為待測物體，具有原來的表面狀態）和“黑體〞（受體仍為待測物體，但表面薰黑）兩種狀態的受體在恒溫條件下，測出受到輻射后的溫度，就可按公式計算出待測物體的黑度。

具體步驟如下：

（1）熱源腔體和受體腔體（使用具有原來表面狀態的物體作為受體）靠緊傳導體。（2）接通電源，調整熱源、傳導左、傳導右的調溫旋鈕，使熱源溫度在50℃至150℃范圍內某一溫度，受熱約40分鐘左右，通過測溫轉換開關及測溫儀表測試熱源、傳導左、傳導右的溫度，并根據測得的溫度微調相應的電壓旋鈕，使三點溫度盡量一致。

（3）系統進入恒溫后（各測溫點基本接近，且在五分鐘內各點溫度波動小于3℃），開始測試受體溫度，當受體溫度五分鐘內的變化小于3℃時，記錄下來一組數據。“待測〞受體試驗終止。

（4）取下受體，換為黑體，然后重復以上試驗，測得其次組數據。

將兩組數據代入公式即可得出待測物體的黑度?受。

??加熱指示燈；?—加熱開關；?—熱源測溫表；?—傳導體測溫表；?—導軌支架；??—接線柱；?—熱源；?—傳導體；??受體；??—導軌；??—環境溫度測溫熱電偶；?

??—受體?環境?測溫表；??—轉換開關?

五、本卷須知

（1）熱源及傳導的溫度不可超過160℃。

（2）每次做原始狀態試驗時，建議用汽油或酒精將代測物體表面擦凈，否則，試驗結果將有較大出入。

六、試驗所用計算公式

根據式（4-103），本試驗所用計算公式為：

4?受?TT源?T04?受?（4-106）?44??0?T0?T源?T受?式中?0——相對黑體的黑度，該值可假設為1；

?受——待測物體（受體）的黑度；

?T受——受體與環境的溫差；

?T0——黑體與環境的溫差；

T源——受體為相對黑體時熱源的絕對溫度；

?——受體為被測物體時的熱源絕對溫度；T源T0——相對黑體的絕對溫度；

T受——待測物體（受體）的絕對溫度。

七、試驗數據記錄

表??????試驗數據?

序號No.123序號No.12熱源T熱源T傳導T傳導T受體（紫銅光面）T受體（紫銅薰黑）T環境溫度為備注3八、試驗報告編寫

（1）簡述試驗原理及過程。（2）各種數據的原始記錄。

（3）試驗結果整理后，得出各溫度的平均