第十一节 中温辐射黑度测定试验

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实际物体的发射率（黑度）与物体的表面状态（包括物体表面温度、表面粗糙度以及表面氧化层、表面杂质或涂层的存在）有关。金属的发射率随表面温度的上升而增大，而非金属的发射率一般是随表面温度的上升而减小。金属的发射率比非金属的小得多。本试验用比较法，定性地测量中温辐射时物体黑度ε。

学生根据给定的试验目的要求和试验条件，自己设计试验方案，可以进一步分析黑度与热源的温度及受体的温度的关系。本试验为设计性试验。

一、试验目的

（1）稳定和深化封闭空腔辐射换热过程的基本理论，学习用比较法测定中温辐射时物体黑度的试验方法和技能。

（2）测定50℃～150℃范围内某一温度下待测物体（受体）的黑度。

（3）确定50℃～150℃范围内待测物体（受体）的黑度与温度的变化关系。二、试验原理

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Qnet.i

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

j?1jn式中Qne,it——i面的净辐射换热量，W；

Qabs,i——i面从其他表面的吸热量，W；

Qe,i——i面本身的辐射热量，W；

?i——i面的黑度；

Xi,j——j面对i面的角系数；

Ji——j面有效的辐射力，W/m2；Ebi——i面的辐射力，W/m2；?i——i面的吸收率；Ai——i面的面积，m2。

根据本试验的设备状况，可以认为：（1）传导圆筒2为黑体。

（2）热源1、传导圆筒2、待测物体（受体）3表面上的温度均匀（如图4-28所示）。

因此，式（4-98）可写成：

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

??

?—热源；?—传导圆筒；?—待测物体?

图?????辐射换热简图?

由于A2X2,3?A3X3,2，则：1?A3；?3??3；X3,2?X1,2，又根据角系数的互换性Aq3?Qnet,3??3(Eb1X1,3?Eb2X1,2)??3Eb3??3(Eb1X1,3?Eb2X1,2?Eb3)W/m2（4-10A30）

由于受体3与周边环境主要以自然对流方式换热，因此：

q3?ht3?tfW/m2（4-101）

式中

K；h——换热系数，W/m2·

??t3——待测物体（受体）温度，℃；tf——环境温度，℃。

由式（4-100）和式（4-101）得：

hd?t3?tf??3?（4-102）Eb1X1.3?Eb2X1.2?Eb3当热源1和黑体圆筒2的表面温度一致时，Eb1=Eb2，并考虑到，体系1、2、3为封闭系统，则：

X1,3?X1,2?1

由此，式（4-102）可写成：

h?t3?tf?h?t3?tf?（4-103）ε3??44Eb1?Eb3σb?T1?T3?式中σb称为斯蒂芬—波尔兹曼常数，其值为5.67×10-8w/m2k4。

对不同待测物体（受体）a、b的黑度ε为：

ha?T3a?Tf?4?σb?T14?Ta3ah?Tb?Tf?εb?b34

?σb?T1b?T34bεa?设ha?hb,则：

44T3a?TfTεa1b?T3b（4-104）?4?44εbT3b?TfT?T1a3a当b为黑体时，εb≈1，式（4-104）可写成：

44T3a?TfT1b?T3b?4εa?（4-105）4T3b?TfT?T1a3a三、试验装置

试验装置简图如图4-29所示。热源腔体具有一个测温电偶，传导腔体有二个热电偶，受体有一个热电偶，它们都可过琴键转换开关来切换。

四、试验方法和步骤

本试验仪器用比较法定性地测定物体的黑度，具体方法是通过对两组加热器电压的调整（热源一组，传导体一组），使热源和传导体的测量点恒定在同一温度上，然后分别将“待测〞（受体为待测物体，具有原来的表面状态）和“黑体〞（受体仍为待测物体，但表面薰黑）两种状态的受体在恒温条件下，测出受到辐射后的温度，就可按公式计算出待测物体的黑度。

具体步骤如下：

（1）热源腔体和受体腔体（使用具有原来表面状态的物体作为受体）靠紧传导体。（2）接通电源，调整热源、传导左、传导右的调温旋钮，使热源温度在50℃至150℃范围内某一温度，受热约40分钟左右，通过测温转换开关及测温仪表测试热源、传导左、传导右的温度，并根据测得的温度微调相应的电压旋钮，使三点温度尽量一致。

（3）系统进入恒温后（各测温点基本接近，且在五分钟内各点温度波动小于3℃），开始测试受体温度，当受体温度五分钟内的变化小于3℃时，记录下来一组数据。“待测〞受体试验终止。

（4）取下受体，换为黑体，然后重复以上试验，测得其次组数据。

将两组数据代入公式即可得出待测物体的黑度?受。

??加热指示灯；?—加热开关；?—热源测温表；?—传导体测温表；?—导轨支架；??—接线柱；?—热源；?—传导体；??受体；??—导轨；??—环境温度测温热电偶；?

??—受体?环境?测温表；??—转换开关?

五、本卷须知

（1）热源及传导的温度不可超过160℃。

（2）每次做原始状态试验时，建议用汽油或酒精将代测物体表面擦净，否则，试验结果将有较大出入。

六、试验所用计算公式

根据式（4-103），本试验所用计算公式为：

4?受?TT源?T04?受?（4-106）?44??0?T0?T源?T受?式中?0——相对黑体的黑度，该值可假设为1；

?受——待测物体（受体）的黑度；

?T受——受体与环境的温差；

?T0——黑体与环境的温差；

T源——受体为相对黑体时热源的绝对温度；

?——受体为被测物体时的热源绝对温度；T源T0——相对黑体的绝对温度；

T受——待测物体（受体）的绝对温度。

七、试验数据记录

表??????试验数据?

序号No.123序号No.12热源T热源T传导T传导T受体（紫铜光面）T受体（紫铜薰黑）T环境温度为备注3八、试验报告编写

（1）简述试验原理及过程。（2）各种数据的原始记录。

（3）试验结果整理后，得出各温度的平均