在本科傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上,利用紅外熱像儀直觀、測(cè)溫速度快及非接觸式測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)開設(shè)創(chuàng)新研究型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,并建設(shè)成涵蓋熱傳導(dǎo)、熱輻射兩種熱傳遞模式的創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)模型。從而為傳統(tǒng)的傳熱學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目提供新的思路,讓學(xué)生掌握紅外熱像儀的使用,學(xué)會(huì)對(duì)紅外圖像的分析,了解科學(xué)研究和自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方法,同時(shí)提升工程實(shí)踐及科研能力。 

【文章來源】：實(shí)驗(yàn)室研究與探索. 2020,39(06)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：4 頁(yè)

【部分圖文】：

半無限大物體熱傳導(dǎo)理論模型

以光滑銅片、白紙片、黑色橡膠3種材料為例，由于紅外熱成像儀會(huì)接收到物體自身輻射，環(huán)境反射輻射，大氣輻射作為有效輻射[10]，需要先將熱成像儀參數(shù)———反射溫度、大氣溫度、拍攝距離調(diào)整至正確數(shù)值，將3種材料固定在恒溫加熱臺(tái)上，并在不同的溫度下拍攝熱成像圖片。使用FLIR Research IR Max分析得到物體輻射出射度，做出溫度與輻射出射度的關(guān)系圖像，見圖2(a)，輻射出射度隨溫度升高而增加。做出輻射出射度與溫度的4次方關(guān)系圖并進(jìn)行線性擬合，見圖2(b)，其中光滑銅片實(shí)驗(yàn)組相關(guān)系數(shù)為0.999 6，白紙實(shí)驗(yàn)組相關(guān)系數(shù)為0.999 2，黑色橡膠實(shí)驗(yàn)組相關(guān)系數(shù)為0.999 8，說明低溫下熱輻射滿足斯特藩-玻爾茲曼定律。2.2 熱傳導(dǎo)實(shí)驗(yàn)

由圖4(a)可見，以第1類邊界條件為理論基礎(chǔ)所得曲線與實(shí)際溫度隨傳導(dǎo)距離變化曲線契合度低，而圖4(b)中第3類邊界條件所得曲線明顯更貼近實(shí)際情況。其原因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)中試樣與熱源并不是緊密連接，即中間有空氣作為換熱介質(zhì)，此情況符合第3類邊界條件所假設(shè)的存在恒定換熱系數(shù)的換熱流體。同時(shí)，從圖4(b)中可看出隨著加熱時(shí)間的增大(從100、200到300 s)，理論溫度和實(shí)際溫度差值逐漸增大，特別是在傳導(dǎo)距離為140 mm處，溫度差增大極為明顯。這說明理論數(shù)據(jù)隨加熱時(shí)間增大準(zhǔn)確性會(huì)變差。此現(xiàn)象剛好符合本實(shí)驗(yàn)的理論假設(shè)———瞬時(shí)非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。當(dāng)加熱時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)此理論不再適用。經(jīng)過整套實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，學(xué)生將熟練掌握紅外熱像儀的使用，以及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作的科學(xué)步驟，使其對(duì)專業(yè)理論知識(shí)的理解更深入且能更好地應(yīng)用到實(shí)際情況中。圖4 兩類邊界條件下理論數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)“時(shí)間-溫度-傳導(dǎo)距離”曲線對(duì)比圖

【參考文獻(xiàn)】：
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