一种用于研究辐射传热的实验装置的制作方法

本实用新型涉及实验装置技术领域，具体而言，涉及一种用于研究辐射传热的实验装置。

背景技术：

热辐射传热存在于人类日常生活和工业中的方方面面，只要有温度就有热辐射，因此对其传热机理以及换热参数的研究对提高工业中的生产效率和生产质量都具有重要的意义。

目前在国内尚未有能够较为准确的研究辐射传热特性以及相关定律的实验设备。鉴于此，发明人研究发明了本实用新型。

技术实现要素：

本实用新型公开了一种用于研究辐射传热的实验装置，结构简单，操作便利，旨在能够准确直观得出辐射传热特性及规律。

本实用新型采用了如下方案：

一种用于研究辐射传热的实验装置，包括直线滑轨、热源、实验组件以及检测装置；所述实验组件由可分别滑动设置于所述直线滑轨上的吸热板以及遮挡板组成；所述检测装置包括可滑动设置于所述直线滑轨上的辐射热流计以及连接于所述热源、所述吸热板的温度表；所述热源、吸热板、遮挡板以及辐射热流计依次可拆卸的设置于所述直线滑轨上，且所述热源、吸热板以及辐射热流计的中心位置位于同一水平高度。

作为进一步改进，所述吸热板、遮挡板以及辐射热流计均通过滑块设置于所述直线滑轨上，且均可拆卸的设置在所述滑块上；所述直线滑轨设有刻度线。

作为进一步改进，所述滑块均为两块金属型材串接形成，且均通过旋紧螺母以夹紧两块金属型材，使得所述吸热板、遮挡板、辐射热流计可拆卸的夹紧固定于相对应的所述滑块上。

作为进一步改进，所述遮挡板与其对应的所述滑块之间设有横向放置的轨道，且所述轨道的延伸方向与所述直线滑轨方向相互垂直，所述轨道对称设置于所述直线滑轨的两侧；所述遮挡板为两块独立设置的抛光金属板，两块所述抛光金属板沿所述轨道滑动以相互靠拢或相互分离，用以遮挡辐射路径。

作为进一步改进，所述热源由基座及加热板组成，所述加热板与所述吸热板均内置有热电偶，所述温度表与所述热电偶均电性相连，用以测量温度。

作为进一步改进，所述基座可拆装的设置于所述直线滑轨上，所述热电偶内置于所述加热板中，且所述加热板可拆卸的设置在所述基座上；所述基座与所述加热板之间设置有气凝胶毡，以降低导热提高测量精度；所述加热板表面覆盖有一层哑光黑色喷漆层，以提高热源发射率。

作为进一步改进，所述吸热板为金属圆板，所述加热板、金属圆板以及辐射热流计的中点位于同一水平高度。

作为进一步改进，所述金属圆板可以是多种经由不同表面处理的金属材质，用以研究不同表面处理对发射率的影响；所述金属圆板靠近所述热源的一侧设有一层哑光黑色喷漆层，以使所述金属圆板快速升温。

作为进一步改进，所述辐射热流计与相适配的辐射热流表电性连接，所述辐射热流表用于测量所述辐射热流计所输出的毫伏电压信号并将其转化为热流密度值显示。

通过采用上述技术方案，本实用新型可以取得以下技术效果：

1、本申请的用于研究辐射传热的实验装置，形成一个简单有效的辐射传热实验平台，通过依次布设且与直线滑轨之间均可拆卸设置的热源、吸热板、遮挡板以及辐射热流计，且吸热板、遮挡板以及辐射热流计均可滑动的设置于滑块上，以滑动调节吸热板与热源之间、辐射热流计与吸热板以及遮挡板之间的相对距离。由温度表测得的热源以及吸热板的温度，结合得到的相对距离，计算得出理论的热流密度值，再直接获取辐射热流计检测得出的实际热流密度值，经由热流密度值的误差分析，进一步地验证了实际热流密度值的准确性。且热源、吸热板以及辐射热流计的中心位置均位于同一水平高度，使得辐射热流计测得的实际热流密度值更为准确，保证了辐射传热特性以及规律的准确有效。

2、吸热板、遮挡板以及辐射热流计均通过滑块滑动置于直线滑轨上，便于调节其相对距离，且直线滑轨上设有刻度线，方便了直观测出距离。吸热板、遮挡板及辐射热流计均可拆卸的设置于对应的滑块上，且所述滑块均为两块金属型材串接形成，通过旋紧螺母实现夹紧金属型材以实现可拆卸，同时可以上下微调后再夹紧，使得吸热板、遮挡板及辐射热流计位于同一水平高度。

3、遮挡板与其对应的滑块之间设有一轨道，使得由两块独立设置的抛光金属板组成的遮挡板可相对靠拢或相对分离的设置在吸热板与辐射热流计之间，用以遮挡辐射路径，得出不同遮挡程度下对辐射热流密度的影响。

4、热源包括基座以及加热板，且基座与加热板之间设置有气凝胶毡，以减少导热降低基座温度。加热板表面覆盖有一层哑光黑色喷漆层，以提高热源发射率。金属圆板靠近热源的一侧设有一层哑光黑色喷漆层，以使金属圆板快速升温。

5、金属圆板可以是多种经由不同表面处理的金属材质，用以研究不同表面处理对发射率的影响，且金属圆板可拆卸的设置于其对应的滑块上，便于实验过程中的更换。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型实施例的用于研究辐射传热的实验装置的结构示意图；

图2是图1中的遮挡板与轨道之间的配合示意图，其中，图2为图1中在右视状态下的视角。

图标：1-直线滑轨；2-热源；21-基座；22-加热板；3-实验组件；31-吸热板；32-遮挡板；4-辐射热流计；5-温度表；6-滑块；7-轨道；8-辐射热流表。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例

结合图1，本实施例提供了一种用于研究辐射传热的实验装置，包括直线滑轨1、热源2、实验组件3以及检测装置(图未示)。

实验组件3由可分别滑动设置于直线滑轨1上的吸热板31以及遮挡板32组成。检测装置包括可滑动设置于直线滑轨1上的辐射热流计4以及连接于热源2、吸热板31的温度表5以及辐射热流表8。热源2、吸热板31、遮挡板32以及辐射热流计4依次设置于直线滑轨1上，且均可拆卸的置于直线滑轨1上。热源2、吸热板31以及辐射热流计4的中心位置位于同一水平高度，保证了辐射热流计4对热源2或吸热板31的精密检测。在本实施例中，辐射热流计4与热源2之间的相对距离范围在300-900mm，优选的，直线滑轨的长度至少为1000mm。通过依次设置的热源2、吸热板31、遮挡板32以及辐射热流计4，且吸热板31、遮挡板32以及辐射热流计4均可滑动的设置同一直线滑轨1上，以滑动调节吸热板31与热源2之间、辐射热流计4与吸热板31以及遮挡板32之间的相对距离，得出辐射强度与其相对距离之间的关系。由温度表5测得的热源2以及吸热板31的温度，结合得到的相对距离，最终计算得出理论的热流密度值，再直接获取辐射热流计4检测得出的实际热流密度值，经由热流密度值的误差分析，进一步地验证了实际热流密度值的准确性。且热源2、吸热板31以及辐射热流计4的中心位置均位于同一水平高度，使得辐射热流计4测得的实际热流密度值更为准确，保证了辐射传热特性以及规律的准确有效。

可以理解的是，热流密度值的计算具有理论公式。通过实验过程得出的距离关系、热源以及吸热板的温度，将其代入现有的热流密度计算公式当中，即可精确计算得出理论上的热流密度值。具体的推导公式以及详细的计算过程在此不再赘述，可参阅相关的现有技术资料。计算出的理论热流密度值与辐射热流表显示的实际热流密度值对比后，允许误差范围在5％之内，本申请的实验装置可以很准确的测量热流密度值，验证相关辐射传热的规律和定律。

进一步地，吸热板31、遮挡板32以及辐射热流计4均通过滑块6设置于直线滑轨1上，且均可拆卸的设置在滑块6上。直线滑轨1设有刻度线，优选地，热源2位于刻度线的0刻度位置。在本实施例中，滑块6均为两块金属型材串接形成，且均通过旋紧螺母以夹紧两块金属型材，使得吸热板31、遮挡板32、辐射热流计4可拆卸的夹紧固定于相对应的滑块6上，由旋紧螺母实现夹紧金属型材以实现可拆卸，同时可以上下微调后再夹紧，保证了吸热板31、遮挡板32及辐射热流计4位于同一水平高度。通过滑块6滑动置于直线滑轨1上，便于调节其相对距离。直线滑轨1上设有刻度线，且热源2处于0刻度位置，方便了直观测出距离。

请参阅图2，遮挡板32与其对应的滑块6之间设有横向放置的轨道7，且轨道7的延伸方向与直线滑轨1方向相互垂直，轨道7对称设置于直线滑轨1的两侧。遮挡板32为两块独立设置的抛光金属板，两块抛光金属板沿轨道滑动以相互靠拢或相互分离，且两块抛光金属板之间的相对距离范围在0-50mm之间，用以遮挡辐射传热的路径，得出不同遮挡程度下对辐射热流密度的影响。优选地，轨道7设有刻度线，且刻度线的0刻度位置位于轨道7的中点位置，便于调整两块抛光金属板之间的距离，且方便读取记录。在本实施例中，两块抛光金属板之间的相对距离分别选取为0、10、20、30、40、50mm这六组距离数据。通过这六组遮光板32的不同遮挡位置，在控制单一变量的原则下，研究不同遮挡程度下对辐射热流密度的影响。

请参阅图1，热源2由基座21和加热板22组成。加热板22与吸热板31均内置有热电偶(图未示)，温度表5与两个热电偶分别电性相连，实现分别测量加热板22和吸热板31的实时温度。在本实施例中，基座21可拆装的设置于直线滑轨1的o刻度位置上。热电偶内置于加热板22中，且加热板22可拆卸的设置在基座21上，方便调整以及维护。加热板22可拆卸的设置在基座21上可以是通过尼龙螺钉将加热板22固定或拆离基座21，尼龙螺钉使得加热板22与基座21之间的热传导减少，降低基座21的温度。基座21与加热板22之间设置有气凝胶毡，以降低加热板22与基座21之间的传热，提高测量精度。气凝胶毡作为隔热材料，减少了加热板22向基座21传递的热量，使加热板22的热量集中传递至其表面上再向外辐射，保证了实验更加精确，测量的数据更加可靠。加热板22表面覆盖有一层哑光黑色喷漆层，以提高热源发射率。

优选地，吸热板31为金属圆板。加热板22、金属圆板以及辐射热流计4的中点位于同一水平高度，以精确辐射传热，避免干扰实验数据。金属圆板靠近热源2的一侧设有一层哑光黑色喷漆层(图未示)，以使金属圆板快速升温。进一步地，金属圆板可以是多种经由不同表面处理的金属材质，用以研究不同表面处理对发射率的影响。金属圆板可拆卸的设置于其对应的滑块上，便于实验过程中的更换。金属圆板在热源2的加热板22的辐射传热下，金属圆板的温度大于100℃，在金属圆板上配置有塑料手柄(图未示)以防止直接触碰导致烫伤。在本实施例中，经由不同表面处理的金属圆板分为黑色表面的金属圆板、表面阳极氧化后的金属圆板、表面抛光的金属圆板以及表面磨砂的金属圆板。通过这四种不同实验组材质，在控制单一变量的原则下，研究不同表面处理对发射率的影响。

可以理解的是，辐射热流计4与相适配的辐射热流表8电性连接，用于测量辐射热流计4所输出的毫伏电压信号，并将其转化为热流密度值显示，便于直接读取记录实际的热流密度值。辐射热流计4设有保护屏障套(图未示)，以遮挡保护辐射热流计4的检测探头。请参阅图1，辐射热流表8放置于电流表5上，使得两个需要读取数据的仪器放置于同一侧，方便实验过程中的数据读取。

本实施例的用于研究辐射传热的实验装置的操作方式如下：

在研究检验热源2的辐射传热的实验过程中，此时将吸热板31以及遮挡板32拆离，使得辐射热流计4直接对热源2进行检测记录。需要说明的是，在未开始检测热源2的热流密度值时，保护屏障套遮挡住检测探头，此时辐射热流计4暂未开始检测。当需要检测当前温度下热源2的热流密度值时，打开保护屏障套，使热源2的热辐射传递至辐射热流计4的检测探头中，以检测读取当前的实际热流密度值。在该实验过程中可以直接研究：热源2和辐射热流计4之间的距离与辐射传热之间的关系，以及不同温度条件的热源2与辐射传热之间的关系。

在研究检验吸热板31的辐射传热的实验过程中，此时将吸热板31设置于滑块6上，使得辐射热流计4对吸热板31进行检测记录。需要说明的是，在未开始检测吸热板31的热流密度值时，保护屏障套遮挡住检测探头，此时辐射热流计4暂未开始检测。当需要检测当前温度下吸热板31的热流密度值时，打开保护屏障套，使吸热板31的热辐射传递至辐射热流计4的检测探头中，以检测读取当前的实际热流密度值。必须提到的是，热源2上的加热板22辐射传热至吸热板31，使得吸热板31吸热升温，此时吸热板31上的温度是持续上升，处于不稳定状态。当吸热板31达到自身吸热最高温度时，吸热板31继续吸热但吸热板31的温度处于相对稳定状态(可以通过读取温度表5的度数得出)，此时，辐射热流计4才可进行检测读取。在该实验过程中可以直接研究：不同表面处理的吸热板31与辐射传热之间的关系。

在研究不同遮挡程度下对辐射热流密度的影响的实验过程中，此时仅仅是将遮挡板32滑动设置于直线滑轨1上，使得辐射热流计4在不同的遮挡程度下对热源2进行检测记录。需要说明的是，在未开始检测热源2的辐射传热时，保护屏障套遮挡住检测探头。开始检测辐射传热时，先将处于相互靠拢的两块抛光金属板相互滑动远离，以使遮挡板32打开辐射传热的路径，使得热源2的热辐射传递至辐射热流计4以检测读取当前的实际热流密度值。具体是这样实现的，辐射热流计4在未开始实验检测时，遮挡板32上的两块独立设置的抛光金属板相互靠拢以避免辐射传至辐射热流计4。当开始实验检测时，两块独立设置的抛光金属板沿轨道7方向相互远离滑动，使得遮挡板32打开，以调整辐射传热的路径，同时打开保护屏障套，使热源2的热辐射传递至辐射热流计4的检测探头中，以检测读取当前的实际热流密度值。在该实验过程中可以直接研究：遮挡板32在不同遮挡程度下对辐射热流密度的影响。

需要说明的是，上述的各项实验过程中，均需遵守实验中的控制单一变量原则，使得实验数据更为准确直观，单一对比更为有效得出实验结论。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。