新大传热学实验指导06角系数的几何法测量.docx

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1、实验6角系数的几何法测量I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，

2、微元表面dA对dA2的角系数可表示为(6-1)cos%ccs024Adl,d22tvi2r上式也可以用下面的几何分析法获得。以dA的中心为球心，作半径为的半球壳,其在d4所在平面上的投影为圆。再由微元面（IA的中心，作投射到微元面dA?周界的射线，该射线在半球壳上切割出一个微元面dA有K?(6-2)cL2=(L4,-cos2将微元面小4；投影到d4所在平面（半球壳的底面）上，得到投影面积（L4：cL4*=dA；CoS %=6AR22TrCOSoICOS夕2(6-3)把投影面积dA：用圆面积成2除，就得到COS叩COS叩 2dA2Ydl,d2(6-4)表达式（6-4）正是微元面d4对d4的角系数

3、XdI,d2。这种几何分析法同样可以确定微元面dA对有限面积A2的角系数Xdl4。如图6-2所示，由d4的中心引向&周界的射线，在半球壳上切割出面积用，而投影到dA所在平面(半球壳的底面)，得到投影面积A；。面积与面积成2之比，则为d4对4的角系数X,2,即qCOST=(6-5)dt2R2几r12几d,td2如果求有限面积A对4的角系数Xi,2,可将面积4划分成微元面d4,求得微元面d4对面积A2的角系数X(H,2,然后通过积分求得X1,2,即X12=-LfXdl2dA1=-L丝”普LMAl(6-6)1,2AIJa狙，21AiJaiJa2r21综上所述，可用几何分析法求得辐射传热的角系数。实验

4、装置实验中所用的S叮一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。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R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MNo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也是一个扫描镜简，内有激光源，用于扫描目标（面积A2）的轮廓。在扫描过程中，A点为假想的球心（微元面d4所在处），C点的轨迹总是在以A点为球心，以R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

5、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A2）在A点（微元面dA）所在平面（平行MN）上的投影面积A；。实验内容（一）仪器调整实验中仪器装置如图6-4所示。面积A2为竖直矩形平面，高为。、宽为b0微元面（IAl到平面4的垂直距离为c。实验步骤如下:L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C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

6、钮，将激光束仔细地扫描平面A2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c。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成2,所得值即为测量的角系数X（H,2。5 .改变盖板与箱体底板的距离，即调整距离c。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a、b及R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Q=，b=，R

7、=；c=，=，Xd1,2=；注意事项L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Xdl2=2（6-7）,成2式中A：一测得的封闭图形的面积，m2；R连杆的长度（半球壳的半径），nio2 .理论计算角系数Xdl2=-tan1f1/Ctan,f/:（6-8）式中Q矩形平面A2的高，ITl;b矩形平面儿的宽，m；C一一测量仪立柱中心到箱体底板的距离（微元面dA到平面儿的距离），m0问题思考1 .由实验原理，用几何分析法推导出实验所给几何条件下角系数的理论计算公式。2 .根据角系数的几何分析法，如果微元面dA到面积A2的距离小于连杆长度R，能否测量Xdl,2?怎样测量？3 .能否用测量仪测定微元面dA对与其距离C的同轴圆盘（直径为d）A2的角系数XtH,2?请用角系数分析法导出其理论计算式。