Файл: Лебедев Д.П. Тепло- и массообмен в процессах сублимации в вакууме.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 139
Скачиваний: 0
тодики эксперимента и термостатирования. На рис. 3-12 представлена общая схема измерений полей температур в разреженном газе дифференциальной хромель-копеле- вой термопарой 4 над проницаемой поверхностью 1. Ди стиллированная вода из специальной системы дозирова ния 2 подавалась в сосуд 3 под проницаемую пластину 1, где с ней происходили регулируемые энерго подводом фазовые превращения (замерзание и сублима ция, т. е. испарение в вакуумную камеру). Для исключе ния радиационного потока от проницаемой поверхности {qm) спай дифференциальной термопары 4 располагал ся над охлаждаемой снизу льдом непроницаемой по верхностью 5.
Оптические свойства непроницаемой поверхности 5 подбирались близкими к проницаемой поверхности 1.
При отсутствии потока пара |
из проницаемой пластины |
и <7яі= 0 дифференциальная |
термопара показывала |
приблизительно 0°С.
Температуры как проницаемой 1, так и непроницае мой пластины 5 измерялись хромель-копелевыми термо парами 6 и 7 на потенциометре ЭПП-09.
Потенциометрический задатчик 9 (ЭПВ-12), соеди ненный с двигателем холодильной машины, поддержи вал температуру, определяемую термопарой 8, располо женной вблизи поверхностей проницаемой и непроницае мой пластин около 0°С с точностью ±0,2 °С. При равенстве температуры проницаемой поверхности и тем пературы, показываемой термопарой 8, практически исключался тепловой поток qm от стенок вакуумной камеры.
Специальная установка для микроперемещений И позволяла автоматически устанавливать дифференциаль ную термопару 4 в любой точке пространства над этими' поверхностями с точностью до 0,01 мм.
Термопары 6, 7 контролировали показание дифферен циальной термопары 4 при контакте ее с проницаемой и непроницаемой поверхностями, строго установленными на одном геометрическом уровне. Специальная электри ческая система, состоящая из батареи и лампочки, под ключенной одним концом к термопаре, а другим через батарею Б непосредственно к поверхности проницаемой пластины, давала возможность с высокой точностью _по загоранию-лампочки фиксировать койтакт и отрыв тер мопары от поверхности,
90
Вакуум в камере измерялся е помощью прибора ВИТ-1А и контролировался методом психрометрической точки по показанию термопары, помещенной в неболь шой сосуд Дьюара со льдом, устанавливаемый непосред ственно в вакуумную камеру. Температура в любой точ ке над проницаемой поверхностью измерялась потенцио метром Р-37 с точностью ±0,1 °С.
Описанным методом производилось измерение поля температур над проницаемой пластиной при сублимации
(испарении) |
из нее |
льда |
(воды) в |
диапазоне вакуума |
до 10-1 мм |
рт. ст. и |
при тепловой нагрузке до |
||
9 000 втім2 *. |
|
метод |
позволял |
определить скачки |
Представленный |
температур над проницаемой поверхностью, исследовать газодинамику, обнаружить пограничный слой вблизи нее, получить принципиально новые представления о ме ханизме исследуемого процесса. Рассмотренный метод в несколько переработанном виде может быть использо ван и в других случаях, например для исследования внешней задачи сублимационной сушки материалов при малых и средних интенсивностях радиационного потока.
Тепломеры (датчики теплового потока). В настоящее время при определении теплофизических свойств ве ществ и при исследовании процессов тепло- и массообмена получают применение тепломеры — приборы для измерения теплового потока [Л. 3-5]. Преимуществами
тепломера |
являются: |
а) высокая |
точность измерений |
(в широком диапазоне |
температур) |
при точной градуи |
|
ровке; б) |
возможность |
измерения |
нестационарных про- |
цессов.тепло- и массообмена (начало процесса сублима ции, десублимации, испарения и т. п.).
Нами для исследования процессов сублимации в ва кууме применялись датчики теплового потока, разрабо танные доктором техн. наук, проф. О. А. Геращенко и изготовленные в Институте технической теплофизики АН УССР. Датчик теплового потока представляет собой
гипертермопару, состоящую из |
многочисленных термо- |
1 Нами в {Л. 3-40] была показана |
возможность использования |
в комплексе с рассмотренной схемой термодатчика 15 (рис. 3-12), состоящего из набора термопар, у которых королек имеет различный диаметр. Графически построенная зависимость показаний такого датчика от диаметра королька d при d—>-оо дает возможность полу чить информацию об истинной температуре потока разреженного газа над поверхностью сублимации. Этот метод обработки исклю чает возможный эффект скольжения потока па корольке термопары.
91
■элементов, дифференциальные спаи которых с целью по лучения большой э. д. с. соединены последовательно.
Вся конструкция гипертермопары размещается внут ри диска из эпоксидной смолы диаметром 26 мм и тол щиной 2 мм. Применяемые в экспериментах датчики имели чувствительность 0,025—0,035 вт/м2 и линейную характеристику в интервале температур от —180 до
150 °С.
Рассмотрим некоторые схемы использования тепло меров при исследовании процессов сублимации при раз
личных способах энергоподвода [Л. 3-41]. |
кондуктивном |
||||||||||
|
Радиационный поток |
|
При |
|
|||||||
|
подводе |
тепла, |
как пока |
||||||||
|
|
|
|
зано на |
рис. |
3-13, а, |
при |
||||
|
|
|
|
сублимации |
|
льда — воды |
|||||
|
|
|
|
количество |
тепла |
от |
на |
||||
|
|
|
|
гревателя |
3 |
к |
сублими |
||||
|
|
|
|
рующемуся образцу 1, на |
|||||||
|
|
|
|
ходящемуся в сосуде 4 из |
|||||||
Вакуум Н Н ] |
|
|
оргстекла, |
определялось |
|||||||
|
|
по |
показанию |
датчика |
|||||||
|
|
|
|
теплового потока 2. Одно |
|||||||
|
|
|
|
временно количество |
теп |
||||||
|
|
|
|
ла, |
затраченное на |
суб |
|||||
|
|
|
|
лимацию, определялось по |
|||||||
|
|
|
|
измерению |
убыли |
массы |
|||||
|
|
|
|
на |
весах; такой |
дублиро |
|||||
|
|
|
|
ванный |
замер |
позволял |
|||||
Рис. 3-13. Схемы |
использования |
с |
большой |
|
точностью |
||||||
тепломера при исследовании |
про |
определить |
|
переходные |
|||||||
цесса |
сублимации |
льда. |
б — |
нестационарные |
|
процес |
|||||
а — |
кондуктиівный |
энергоподвод; |
сы |
сублимации, |
глубже |
||||||
терморадиационный |
энергоподвод; |
в — |
|||||||||
десублимация водяных паров в ва |
вскрыть |
механизм |
слож |
||||||||
кууме. |
|
|
ного явления, исследовать область сублимирующегося слоя вблизи поверхности (число зон контакта и т. п.).
При терморадиационном энергоподводе при сублима ции льда — воды генератор лучистой энергии (не пока занный на рисунке) в определенный момент времени облучал сублимирующийся образец льда 1. Датчики теплового потока 2 и 2а были использованы как радио метры. Датчик 2 находился перед образцом льда и в первый момент времени экранировал его, замеряя ве личину лучистого потока, падающего на образец. Затем
92
с помощью тяги и моторчика 6‘ тепломер отводился, лу чистый поток облучал образец, и начинался процесс сублимации. Диафрагма 5 точно направляла лучи на образец и исключала их рассеивание. Величина радиа ционного потока, поглощаемого образцом 1, как и при кондуктивном подводе тепла, замеренная по датчику 2, контролировалась по убыли массы. Датчик теплового потока 2а замерял количество тепла, излучаемое необлу
чаемой стороной льда (см. § 4-2). |
|||
В |
наших |
исследованиях, |
как это показано на |
рис. |
3-13,в, датчик теплового |
потока — тепломер 2 изме |
|
рял |
количество |
тепла, выделившегося при десублима |
ции1 водяных паров в вакууме. Этот датчик укреплялся в металлической крышке трубки 8, в которой циркули ровал хладоноситель. К наружной поверхности датчика теплового потока 2 приклеивалась тонкая (0,5 мм) мед ная никелированная пластина 7, на которой происходи ла десублимация водяных паров. Для предотвращения десублимации вблизи тепломера был встроен нагрева^ тель 3, обеспечивающий температуру, близкую к темпе ратуре насыщения'водяного пара в вакууме. Более по дробно процесс десублимации рассмотрен в гл. 6.
3-5. ИЗМ ЕРЕНИЕ ПРОФИЛЯ СКОРОСТИ И ТУРБУЛЕНТНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ В ВАКУУМЕ
В данном разделе будут рассмотрены некоторые схемы крыльчатых анемометров, разработанных под руковод ством автора, которые могут быть использованы для исследования газодинамики течения пара вблизи поверх ности сублимации и в объеме вакуумной камеры [Л. 3-39].'
Крыльчатые анемометры. Применение крыльчатых анемометров для измерения величины скорости потока от поверхности сублимации в вакуумную камеру осно вано на том, что в этом потоке лопасти приборов прихо дят во вращательное движение со скоростью, пропорцио нальной скорости потока.
1 Под десублимацией понимается процесс, обратный сублима
ции, т. е. когда пары, минуя |
жидкую фазу, превращаются в кристал |
|
лы льда и |
осаждаются на |
поверхности, образуя снежную шубу- |
в виде инея |
(при низком вакууме) или плотный слой кристалличе |
ского льда (при более высоком вакууме ниже 0,1 мм рт. ст.).
93