新大传热学实验指导06角系数的几何法测量

实验6角系数的几何法测量[实验目的]1.巩固辐射传热理论知识，深入理解角系数的几何意义及性质；2.了解测定辐射传热角系数的原理和方法；3.使用角系数测定仪测量角系数，分析影响角系数的因素。[实验原理]角系数是辐射传热、照明工程以及太阳能利用中经常遇到的重要参数，它表示从漫射表面发出的辐射能中，到达某一表面的百分比。角系数与辐射面和吸收面的形状、大小、相对位置有关，而与两表面的辐射及吸收性质无关，是一个纯几何因子。对规则形状和特殊相对位置的表面，可以通过计算或查表等方法得到其角系数。但对不规则形状和不规则相对位置的表面，通常只能由实验测定角系数。图6-1用几何法分析角系数的示意图如图6-1所示，微元表面对的角系数可表示为（6-1）上式也可以用下面的几何分析法获得。以的中心为球心，作半径为的半球壳，其在所在平面上的投影为圆。再由微元面的中心，作投射到微元面周界的射线，该射线在半球壳上切割出一个微元面，有（6-2）将微元面投影到所在平面（半球壳的底面）上，得到投影面积（6-3）把投影面积用圆面积除，就得到（6-4）表达式（6-4）正是微元面对的角系数。图6-2角系数的图解计算法这种几何分析法同样可以确定微元面对有限面积的角系数。如图6-2所示，由的中心引向周界的射线，在半球壳上切割出面积，而投影到所在平面（半球壳的底面），得到投影面积。面积与面积之比，则为对的角系数，即(6-5)如果求有限面积对的角系数，可将面积划分成微元面，求得微元面对面积的角系数，然后通过积分求得，即（6-6）综上所述，可用几何分析法求得辐射传热的角系数。[实验装置]实验中所用的SEJ—Ⅱ型角系数测量仪由立杆、平行连杆、滑杆套管、记录笔、激光源及设备底盘组成，其基本结构如图6-3所示。图6-3角系数测量仪基本结构立杆1垂直平面MN于B点，并可以B点的垂线为轴旋转。滑杆套管4通过长度为的两平行连杆2和6，与立杆相连，而套管中的滑杆3与套管之间是滑动配合的，因此滑杆始终垂直平面MN。滑杆下端的记录笔5与平面MN保持接触。上方的平行连杆2也是一个扫描镜筒，内有激光源，用于扫描目标（面积）的轮廓。在扫描过程中，A点为假想的球心（微元面所在处），C点的轨迹总是在以A点为球心，以为半径的半球壳上，滑杆下端的记录笔可同时画出半球壳上C点的轨迹在半球壳底面上的投影。用激光束沿目标周界扫描一周，记录笔可在平面MN上画出一个封闭图形，其面积即为被扫描的目标（面积）在A点（微元面）所在平面（平行MN）上的投影面积。[实验内容](一)仪器调整实验中仪器装置如图6-4所示。面积为竖直矩形平面，高为、宽为。微元面到平面的垂直距离为。实验步骤如下：图6-4实验操作时仪器放置简图1.取下角系数测量仪的包装箱盖板，将盖板有定位铜圈的面朝上平放在桌子上。在盖板上铺上白纸，用定位铜圈压住。然后取出角系数测量仪，安放在定位铜圈上。2.把仪器箱的底板竖直放置，与水平放置的盖板垂直。盖板紧靠箱体底板（距离最小），将盖板上的箭头与箱体底板上的箭头对准。3.抬起记录笔，双手握住平衡块，用拇指按下红色按钮，将激光束仔细地扫描平面的轮廓线。多次进行上述操作练习。4.待操作熟练后，放下记录笔，调整记录笔的高度，使记录笔能够在白纸上画出痕迹。然后将激光束仔细地扫描平面的轮廓线一周，让记录笔在白纸上画出一封闭图形。注意记录距离。之后抬起记录笔，取下白纸，用面积测量仪测出封闭图形的面积，将其值除以圆面积，所得值即为测量的角系数。5.改变盖板与箱体底板的距离，即调整距离。重新安放白纸，重复实验步骤4，测得新的角系数，比较两次测量结果，看看角系数与哪些因素有关。6.记录仪器上标出的、及值，理论计算角系数，并与实测结果进行比较，分析产生误差的原因。(二)测量数据，，；，，；，，。[注意事项]1.测量仪较重，轻拿轻放，小心掉地砸脚。2.记录笔与白纸要接触紧密，否则很难画出封闭图形。3.可以采用多种方法测得封闭图形的面积，以得到准确的面积。[数据处理]1.实验测量角系数（6-7）式中——测得的封闭图形的面积，；——连杆的长度（半球壳的半径），。2.理论计算角系数（6-8）式中——矩形平面的高，；——矩形平面的宽，；——测量仪立柱中心到箱体底板的距离（微元面到平面的距离），。[问题思考]1.由实验原理，用几何分析