燕大传热学三级项目装备一班普通钢管

传热学三级项目

普通钢管表面黑度的测定

班 级：11级装备一班

姓 名：

课程名称：传热学 指导教师：张兴中

日期：2013年 12 月

目录

1. 摘要…………………………………………………………2 2. 项目报告正文………………………………………………3 (1) 实验设备……………………………………………3 (2) 实验原理……………………………………………3 (3) 实验步骤……………………………………………4 (4) 实验试件测绘的三维图……………………………5 (5) 实验数据……………………………………………5 (6) 实验结果分析………………………………………6 3. 实验结论……………………………………………………7 4. 心得体会……………………………………………………7 5. 成员分工……………………………………………………7 6. 主要参考文献………………………………………………7 7. 附件: 试件设计图纸。

普通钢管表面黑度的测定

（燕山大学 机械工程学院）

摘要

通过课堂的学习，我们知道实际物体的辐射力与同温度下的黑体辐射力称为实际物体的黑度，在这个测量固体表面黑度的项目中，首先设计一个已知外表面的工件，将其放入不存在吸收热辐射的介质中，实验中为真空的系统，测出换热量，通过调节试件外表面温度，研究试件表面黑度随温度的变化，再通过对实验数据的分析整理，计算出黑度，进一步加深对黑度的认识。

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，可以将管内的空气抽干净，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。

关键词：黑度 普通钢管表面 热辐射

项目报告正文

（1）实验设备

实验设备由黑度测定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、数显温度表。

本体是由圆柱管的 试件及外壳组成。试件外径为φ25mm，管长270mm。外壳内径为φ99mm，管长270mm。本实验装置的外壳内表面黑度取ε2=0.6。具体测量原理及装置参见图4-1。

图4-1 辐射传热实验装置简图

(2) 实验原理

当一物体放在另一物体的空腔内，且空腔内不存在吸收热辐射的介质时（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：

T1 4 T2 4 C0F1

100 100 (W) (1) Q12

1F1 1

1 1F2 2

式中 F1——错误！未找到引用源。试件外表面积（m）；

2

F2——外壳内表面积（m2）；

C0——黑体辐射系数，C0=5.67W/mK；

24

T1、T2——分别为试件外表面和外壳内表面的绝对温度，K；

ε1、ε2——分别为试件外表面和外壳内表面的黑度。

当F1、F2为已知，由实验测得Q12、T1、T2，根据式（1）试件外表面黑度ε1可由下式算出：

T1 4 T2 4

C0F1

100100 F1 1

1

Q12F2 2

1 1

(2)

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ε

1

= f(T1)曲线。

(3) 实验步骤

1、将所用的仪表及测量仪器按图4-1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、改变加热器的电压，待各点温度达到新的稳定状态后，重复第4项，记录不同温度下的各组数据。

5、打开通大气阀，使空腔内通大气散热。然后换另一种表面材料的试件重新测量，重复步骤1-4。最后实验完毕，切断电源，整理好实验现场。

(4) 实验试件测绘的三维图

(5) 实验数据

材料

实验数据记录表

U I T1

序号

V A ℃ 1 16 0.22 53 2 18 0.25 65 3 20 0.30 77 4 22 0.32 91 5 24 0.35 99 6 26 0.38 102 7 28 0.40 114 8 30 0.44 129 9 32 0.46 136 10 34 0.48 147

T2 ℃ 24 26 28 29 30 31 35 38 40 43

ε1 0.965 0.834 0.778 0.791 0.734 0.870 0.751 0.704 0.731 0.674

普通钢管

(6)实验结果分析

计算不同温度下的ε1值，画出ε1 = f(T1)的曲线，并对实验结果进行分析。

根据以上数据在坐标纸上画出黑度与工件外表面温度的曲线图，由图可以看出黑度与工件表面温度的关系：整体上固体表面黑度随工件表面温度升高而逐渐降低。由于实验是由两组同时进行完成的，在温度为98摄氏度时又突然上升，当温度大于100摄氏度时黑度逐渐下降， 130度左右时再次出现微弱的上升趋势，但不影响总体结论的得出。

实验结论

普通钢管表面黑度的大小是随着温度的增大逐渐减小的，因为实验存在着误差，所以实验数据图线看起来有一定起伏。黑度是衡量物体表面辐射换热能力的一个重要指标，在一定温度下，将灰体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能力之比定义为物体的黑度，或物体的发射率，用ε表示。

通过本次项目，我们更加深刻的理解了黑度这个概念，并成功的完成了固体表面黑度的测量，知道了黑度与表面温度是有关的，并且通过与其他组的比较，我们还了解到黑度与材料表面的情况是有关系的。

同时，我们更加体会到团队合作的重要性以及进行科学研究的严谨性。

成员分工

参考文献：

[1]张兴中 黄兴 刘国庆 .传热学 .第一版 北京：国防工业出版社 ,2011.8 [2]长正荣.传热学.第二版.北京：高等教育出版社，1989 [3]俞昌铭.传热导及数值分析.北京：清华大学出版社，1981

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/2f01.html