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传热学三级项目报告
固体表面黑度的测定
班级：13级机械装备（1）班
姓名：培锋130101010121
丁涛130101010127
金渊哲130101010114
课程名称：传热学
指导老师：兴中
目录
一、摘要 (3)
二、前言 (4)
三、项目报告正文 (5)
3.1实验设备介绍及实验原理分析 (5)
3.2实验试件测绘三维图及工程图 (7)
3.3实验步骤介绍 (8)
3.4实验数据及实验结果 (8)
3.5实验结果分析 (9)
3.6实验误差分析 (9)
四、结论 (9)
五、参考文献 (9)
六、结论 (9)
一﹑摘要
通过传热学课程的深入学习，知道了实际物体的辐射力与同温度下的黑体的辐射力的比值称为实际物体的黑度，它表明实际物体与黑体简的接近程度，与物体种类和表面状态有关。

这个实验应用真空辐射法测定固体表面的黑度，首先设计一个已知长度和直径的试件，将其放入另一物体的空腔，并且空腔不存在吸收热辐射的介质（如空气），该实验为真空，通过电加热彼此之间以辐射换热方式进行热交换，然后通过计算换热量和调节试件外表面温度，分析固体表面黑度随温度的变化规律以及不同物体同一温度下的黑体值。

二、前言
本实验的目的是为了巩固辐射换热理论，掌握用真空辐射法测定固体表面黑度的试验方法，分析固体表面黑度随温度的变化规律。

在辐射换热理论中，黑体占有重要地位，黑度取决于物体的性质、物体的温度、表面状态、波长、方向等，通过本实验的学习，更加深入地理解了辐射换热理论，掌握了用真空辐射法测定固体表面黑度的方法。

本实验根据已经有的实验仪器，通过对电压的调节，两个小时进行一次数据记录。

本实验装置中存在空气泵，可以将管的空气抽干净，以保证在实验过程中没有导热对实验的影响。

实验室要记录两个温度和当时仪器的电压和电流。

通过公式进行计算，在坐标图上画出曲线，以便分析不同温度下对表面黑度的影响。

通过对不同组的实验数据进行横向比较，可以看出不同材料的黑度受温度的不同影响。

小组成员自己装卸仪器，测量工件尺寸，记录实验数据，增强了动手能力，
根据生活经验和传热学知识，我们判断固体表面的黑度随温度的升高呈现下降或波动趋势。

三、项目报告正文
3.1 实验设备介绍及实验原理分析
实验设备：本实验设备由黑度测定分析仪本体及三个系统组成。

三个系统分别为：
1）加热系统：包括电加热器、电流表、电压表、调压器、稳压集成块。

2）真空系统：包括真空泵、真空保持阀、真空表、大气阀以及密封装置。

3）热电偶测温系统：包括外壳及试件上的热电偶、数显湿度表。

本体是由圆柱管的试件及外壳组成。

试件外径为24.52mm,管长271mm.外壳径为98.64mm，管长为271mm。

本实验装置的外壳表面黑度取ε2=0.6。

具体测量原理及装置参见图1。

实验原理：当一物体放在另一物体的空腔，且空腔不存在吸收辐射换热的介质时（如空气），彼此以辐射换热方式进行热交换，其辐射换热量由下式计算：
441201121122100100111T T C F Q F F εε⎡⎤⎛⎫⎛⎫-⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎣⎦=⎛⎫+- ⎪⎝⎭
（W)
式中 F1——错误!未找到引用源。

试件外表面积（㎡）；
F2——外壳表面积（㎡）；
C0——黑体辐射系数，C0=5.67W/㎡K4；
T1、T2——分别为试件外表面和外壳表面的绝对温度，K ；
ε1、ε2——分别为试件外表面和外壳表面的黑度。

当F1、F2已知，通过实验测量Q12、T1、T2，根据式（1）试件外表面黑度ε1可由下式算出：
441201111222100100111T T C F F Q F εε⎧⎫⎡⎤⎛⎫⎛⎫-⎪⎪⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎛⎫⎢⎥⎪⎪⎣⎦=--⎨⎬ ⎪⎝⎭⎪⎪⎪⎪⎩⎭
为了研究试件表面黑度ε1随温度T1的变化关系，必须测量不同温度下的黑度值从而画出ε1=f(T1)曲线。

图1 辐射传热实验装置简图
3.2实验试件测绘三维图
图2实验试件测绘的三维图
3.2 实验步骤介绍
1）将所用的仪器及测量仪器按图1连接好，经指导老师同意，开启电源。

2）开启真空泵，打开真空保持阀，使系统中形成真空。

观察真空表，系统中形成真空后可以关闭真空泵。

开启加热电源，调整调压旋钮，将电压调到预设初值。

3）经过一段时间，观察温度表，待温度基本不再变化时记录第一组温度及电加热器的电流电压。

4）改变电压器的电压，待各点温度达到新的稳定状态后，记录第二组数据。

重复第4项，然后记录第三组数据。

5）打开通大气阀，使空腔通大气散热。

最后切断电源，整理好实验现场。

3.3 实验数据及实验结果
实验数据记录表
材料
测量时间
2015.11.21
U I T1 T2
ε1
V A ℃℃
镀铬钢管12:00 16 0.20 71 43 0.77 14:00 20 0.26 92 46 0.70 16:00 24 0.32 114 47 0.61 18:00 28 0.37 130 48 0.62 20:00 32 0.43 153 49 0.59 电脑绘制的散点图
手绘ε1=f(T1)曲线
3.4 实验结果分析
由实验结果和数据处理可得出以下结论：
理论上实验测试的试件表面黑度在试验温度围50℃—160℃随温度上升呈波动状变化，但并非周期性波动。

随温度升高试件表面黑度波动幅值变小并有向某一确定值靠近的趋势。

但由于存在误差实验测量表明试件表面黑度随温度上升呈现下降趋势，下降过程中略有波动。

3.5 实验误差分析
1.实验仪器本身精度及测量时读数不准确导致系统误差。

2.因仪器漏气的可能使其并非处于真空环境，从而使测量数据产生误差。

3.ε2取0.6。

实际上ε2是一个与温度有关的变化的量，取为定值产生计算误差。

4.达到稳态所需时间较长，测量数据时系统处于非稳态产生误差。

四结论
本次三级项目我组同学主要通过实验的方法，以实验指导书所写容为指导测绘出圆柱管试件的三维图和二维工程图、测量并计算出试件表面黑度ε1并绘制ε1=f(T1)曲线（主要工作、主要结果）。

通过理论以及实验所得数据总结出试件表面黑度和温度之间的关系（主要发现）。

五参考文献
《传热学》兴中黄文庆国著
《传热学实验指导书》岩岩吴玉娟编写
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