Назва роботи: Визначення ступеня чорноти випромінюючого тіла
Предметна область: Фізика
Опис: Лабораторна робота № 6 Визначення ступеня чорноти випромінюючого тіла Мета роботи: визначення ступеня чорноти поверхні, що випромінює тіла. Завдання роботи: Експериментальне визначення ступеня чорноти різних тіл. експериментальне дослідження
Розмір файлу: 1012.5 KB
Роботу скачали: 61 чол.
Мета роботи. визначення ступеня чорноти ізлучающе й поверхні тіла.
- Експериментальне визначення ступеня чорноти різних тіл.
- Експериментальне дослідження залежності ступеня чорноти поверхонь від температури випромінюючого тіла.
Теплообмін випромінюванням (променевий або радіаційний теплообмін), здійснюється в результаті процесів перетворення внутрішньої енергії речовини в енергію випромінювання, перенесення енергії випромінювання, і її поглинання іншим тілом. Інтенсивність цього обміну визначається взаємним розташуванням в просторі тіл, що обмінюються теплом, а так само властивостями поверхонь тіл і середовища, що розділяє ці тіла. При цьому будь-яке тіло, температура якого відмінна від абсолютного нуля, випромінює енергію, обумовлену нагрівом тіла. Це випромінювання називається власним випромінюванням тіла і визначається за законом Стефана-Больцмана. Тут - ступінь чорноти поверхні тіла, = 5,67 Вт / (м 2 · К 4) - коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла.
Теплообмін випромінюванням здійснюється за допомогою електромагнітних хвиль. У камерах нагрівальних печей на його частку припадає 90-95% сумарного теплообміну. Електромагнітні хвилі поширюються прямолінійно зі швидкістю світла і підкоряються оптичним законам заломлення, поглинання, відображення. Джерелом цих хвиль є матеріальні частки, що входять до складу речовини. Для поширення електромагнітних хвиль не потрібно матеріального середовища. У вакуумі вони поширюються зі швидкістю світла і характеризуються довжиною хвилі λ або частотою коливань ν. При температурі до 1500 С основна частина енергії відповідає інфрачервоному і частково світлового випромінювання (λ = 0,7 - 50 мкм).
Слід зазначити, що енергія випромінювання випускається не безупинно, а в вигляді певних порцій # 151; квантів. Носіями цих порцій енергії є елементарні частинки випромінювання # 151; фотони, що володіють енергією, кількістю рухів і електромагнітної масою. При попаданні на інші тіла енергія випромінювання частково поглинається ними, частково відбивається і частково проходить крізь тіло. Процес перетворення енергії випромінювання у внутрішню енергію поглинає тіла називається поглинанням. Більшість твердих і рідких тіл мають суцільний спектр випромінювання. Гази випускають енергію тільки в певних інтервалах довжин хвиль (селективний спектр випромінювання). Тверді тіла випромінюють і поглинають енергію поверхнею, а гази # 151; об'ємом.
Випромінювана в одиницю часу енергія у вузькому інтервалі зміни довжин хвиль Δλ називається потоком монохроматичноговипромінювання Q λ. Потік випромінювання, відповідний всьому спектру, називається інтегральним, або повним, променистим потоком Q (Вт). Інтегральний променистий потік, що випромінюється з одиниці поверхні тіла в усіх напрямках полусферического простору, називається щільністю інтегрального випромінювання.
Кожне тіло не тільки випромінює, а й поглинає променисту енергію. З усієї кількості падаючої на тіло променевої енергії (Q пад) частина її (Q пог) поглинається (ця частина характеризується коефіцієнтом поглинання А), частина (Q від) відбивається (ця частина характеризується коефіцієнтом відбиття R) і частина (Q пр) проходить крізь тіло (ця частина характеризується коефіцієнтом пропускання D). При цьому А + R + D = 1.
Якщо тіло поглинає всі падаючі на нього промені, тобто A = 1, R = 0, D = 0, воно називається абсолютно чорним. Якщо вся падаюча на тіло енергія відбивається, то R = 1, А = О, D = 0. Якщо при цьому відображення підпорядковується законам геометричній оптики, тіло називається дзеркальним; при дифузному відображенні, коли відбита промениста енергія розсіюється в усіх напрямках, # 151; абсолютно білим. Якщо D = 1, то A = 0 і R = 0. Таке тіло пропускає всі падаючі на нього промені і називається абсолютно прозорим.
У природі абсолютно чорних, білих і прозорих тіл не існує.
При розрахунках променистого теплообміну між тілами велике значення має результуючий випромінювання, що представляє собою різницю між променистим потоком, одержуваних тілом, і променистим потоком, який воно випускає в навколишній простір. Часто теплотехнічні розрахунки ведуть на основі припущення випромінювання сірих тіл, що мають безперервний спектр випромінювання. Таке припущення спрощує вирішення багатьох теплотехнічних задач, які без нього були б розв'язати. Власне випромінювання здебільшого поверхонь, що беруть участь в теплообміні, дійсно близько до сірого, за винятком газів, випромінювання яких суто селективне.
Опис експериментальної установки
Установка (рис. 1 і 2) являє собою три теплові мішені діаметром 114 мм з електронагрівачами, послідовно включеними в електричну ланцюг (рис. 3). Нагрівачі мають одну і ту ж потужність, однаковим чином розташовані на лицьовій панелі установки. Вони відрізняються одного лише станом поверхні, що випромінює. Перша мішень має чорну зафарбовані поверхню, друга - зафарбовані білу, третя # 150; поліровану металеву.
У центрі кожної мішені з внутрішньої сторони нагрівача зачеканити хромель - копелеві термопари. Електричний сигнал з термопар подається на цифрові вимірювачі температури (2,5). У таблиці 1 описані сигнали відображаються на дисплеях вимірників. Сигнал з датчиків надходить в комп'ютер через перетворювач.
Малюнок 1 - Схема експериментальної установки.
1 # 150; мішень, пофарбована в чорний колір, 2 # 150; вимірювач температури мішеней, 3 # 150; мішень, пофарбована в білий колір, 4 # 150; бездротової інфра-червоний пірометр (відсутній), 5 # 150; вимірювач температур мішеней, 6 - мішень з полірованою поверхнею, 7 # 150; автотрансформатор (ЛАТР)
Таблиця 1 # 150; Опис сигналів відображаються вимірювачами ТРМ 200
Малюнок 2. # 150; фотографія установки
малюнок 3 # 150; електрична схема стенду
XP1 # 150; вилка для підключення стенду до мережі 220 В / 50 Гц, заземлення обов'язково!
XP2, XP 3 # 150; вилка USB для підключення до комп'ютера (протокол USB 1.1)
XS1 # 150; розетка для підключення додаткових приладів до мережі 220 В / 50 Гц, розташовується ззаду стенду в білому коробі. Максимальна потужність 1,5 кВт. Використовується для підключення комп'ютера (ноутбука) при роботі зі стендом.
S1 # 150; автоматичний однофазний вимикач, потужність 6А (10А, 16А або 25А) в залежності від моделі стенду. Встановлено на лицьовій панелі стенда.
S2 # 150; вимикач подачі живлення до автоматичного трансформатора з вбудованим індикатором (світлодіод). На стенді розташований в лицьовій панелі з позначенням ВК1.
La1 # 150; індикаторна лампа, загоряється при подачі до стенду живлення 220В за допомогою автоматичного вимикача S1.
T1 # 150; автоматичний автотрансформатор подає регульоване напруга (0-220В) до нагрівачів мішеней стенду.
T 2 # 150; понижуючий трансформатор (220 # 150; 9 В) для вимірювання напруги на мішенях, В
R1, R2, R3 # 150; нагрівачі мішеней, загальний опір 78 Ом (на одній мішені опір 26 Ом).
ТРМ 200 і 202 (200 в залежності від комплектації) # 150; вимірювачі сигналів з термопар. Передача даних здійснюється по протоколу RS 485 c подальшим перетворенням (перетворювач АС-4) і передачі даних в комп'ютер по протоколу USB.
Temp 1 ... 3 # 150; термопари, встановлені на зворотному боці мішеней для вимірювання температури поверхні.
- Ознайомитися з пристроєм лабораторної установки
- Включити комп'ютер, підключити USB шнури стенду до комп'ютера.
- Вивести на екран лицьову панель лабораторної роботи «ІК випромінювання» (рис. 4), і запустити режим вимірювання температури мішеней.
Малюнок 4. # 150; Лицьова панель програми
- Встановити ІК-термометр, таким чином, щоб лазерна пляма збігалося з центром першої мішені.
- На лицьовій панелі запустіть програму кнопкою «Пуск».
- Увімкніть ЛАТР клавішею ВК1 на панелі і виведіть напруга на 90 В.
- Визначити і зафіксувати в таблиці 2 температуру навколишнього середовища Т ж.
- Протягом 5 хвилин спостерігати на лицьовій панелі комп'ютерної системи вимірювання показання термопар (на багатопроменевому графіку) Т 1 # 150; чорної, Т 2 # 150; білої, Т 3 # 150; полірованої мішеней, закріплених з внутрішньої сторін мішеней.
- Порівняти показання термопар і показань ІЧ термометра ..
- Збільшити температуру нагрівання мішеней до 100, 1 1 0 С.
- Обробити отримані дані по всім мішенях і визначити ступінь чорноти ε j для кожної при різних температурах їх поверхонь (при цьому як і в формулах 2 температура береться в Кельвіна)
де Т ч. Т б. Т п. # 150; температура чорної, білої або полірованої поверхонь відповідно, виміряні термопарою, К,
Т ікч. Т ІКБ. Т ІКП, # 150; температура чорної, білої або полірованої поверхонь, відповідно, виміряні ІК пірометром, К.
T ж # 150; температура навколишнього середовища (див. зелений індикатор правого вимірювача температури), К.
Таблиця 2. Результати вимірювання температури випромінюючих поверхонь
Вивчалися зразки діоксиду урану двох технологій. Один тип зразків (тип С) за традиційною для реакторів ВВЕР технології. Інший (тип f) виготовлений у Франції за технологією DCI і досліджувався відповідно до міждержавної програмою. Такі зразки, володіючи підвищеною пластичністю, призначені для твелів реакторів, здатних працювати в режимах покриття пікових навантажень в електромережах.
Обгрунтувати необхідність розробки двухстадийной дифузійної моделі міграції ГПД для пояснення отриманих експериментальних результатів. Уявити короткий огляд моделей двухстадийного перенесення. Розглянути систему діффуравненій, умови однозначності і рішення стаціонарної задачі.
Розглянути окремі випадки вирішення завдання і зіставити їх з експериментальними результатами. Обгрунтувати додаткові гіпотези про зв'язки між параметрами перенесення і необхідність їх введення при вирішенні завдання з відновлення параметрів за експериментальними даними. Уявити методику визначення енергій активації і предекпоненціальних членів коефіцієнтів дифузії.
Розглянути програму комплексної стандартизації методів, опромінювальних пристроїв і технічних вимог до реакторних і стендових випробувань. Ознайомити слухачів з каталогом і рубрикатором методів радіаційних випробувань матеріалів і виробів ядерної техніки в реакторах і захисних камерах і галузевими стандартами.