Файл: Лебедев Д.П. Тепло- и массообмен в процессах сублимации в вакууме.pdf

На этой схеме позицией 1 указана эксперименталь­ ная модель, применяемая при исследовании сублима­ ции льда при кондуктивном подводе тепла.

На рис. 4-2 показана схема экспериментальной мо­ дели, используемой при исследовании сублимации льда в вакууме при терморадиационном способе подвода теп­ ла. Она состояла из брикета льда 1, спирального элек­ тронагревателя 2, обогревающего плоскую металличе­ скую панель 3, зачерненную с наружной стороны сажей. Температура излучающей панели фиксировалась термо­

парой 4. Для уменьшения рассеивания лучистого потока применялись ограждения 5. Брикет льда готовился в спе­ циальной форме, в которую наливалась водопроводная вода, и, как это показано на рис. 4-2, устанавливались вертикально три термопары со строго фиксированным расстоянием. Суммарная поверхность брикета составля­ ла 35 см2. Полученный брикет льда с замороженными в нем термопарами помещался в экспериментальную мо­ дель, которая устанавливалась в вакуумной камере. Перед началом каждого эксперимента брикет льда пере­ охлаждался до температуры, несколько меньшей, чем температура насыщения, соответствующая вакууму, при котором проводились исследования.

Для повышения точности измерений при каждом ре­ жиме отдельно исследовалось температурное поле и от­ дельно убыль массы. При исследовании поля темпера­ туры с помощью фотооптических наблюдений также фиксировалась скорость перемещения подвижной гра­ ницы сублимирующегося льда, которая давала некото­ рую информацию об убыли массы льда. Как при иссле-

128

г/мт\& ф ^\ П I I г/мт[леД^

дованиях температурного поля в поликристалле льда, так и в измерениях убыли массы давление, температура в сублимационной камере, температура экрана и мощ­ ность лучистого потока поддерживались постоянными. Эксперименты проводились при температурах от 80 до 128°С и вакууме 0,5—ІО-3 мм рт. ст. Температура стенок сублиматора поддерживалась во всех экспериментах постоянной (около +10°С).

Кинетика и механизм процесса сублимации. На рис. 4-3 показан комплексный график интенсивности субли­ мации AG/AT при различных терморадиационных на­ грузках <7 и и постоянном вакууме в сублиматоре рк= = 0,5 мм рт. ст.

Температура насыщения водяных паров в сублима­ торе Т„, соответствующая его давлению, составляла око­ ло —24 °С, температура льда изменялась от —18,5 до

—19,5°С. Графики на рис. 4-3 показывают, что интен­ сивность сублимации AGi/Ат с повышением тепловых на­ грузок увеличивалась от 0,040 до 0,078 г/мин. Разность температур между показаниями термопар Ті, Т2 и Т3, установленных в образце льда, составляла величину по­ рядка 0,3 °С.

Необходимо отметить, что между температурой льда Тл и температурой насыщения водяных паров в субли­

рассматриваться как движущая сила процесса сублима­ ции льда. Для рассматриваемых температур излучателя АО изменялась от 6,5 до 5,5 °С.

На рис. 4-4 показана интенсивность сублимации AG/AT льда при изменении вакуума в сублиматоре от 0,5 до 10_3 мм рт. ст. Видно, что при изменении вакуума с 0,5 до 5 - 10~2 мм рт. ст. уменьшаются температуры об­ разца льда и величина АѲ. Уменьшение величины АѲ, вероятно, можно объяснить некоторым увеличением плотности льда и изменением его оптических свойств.

На рис. 4-4 вместо графика с ГИ= 90°С помещен гра­ фик в для Ги= 8 0 оС. При давлении Р=Ю ~3 мм рт. ст. и при 7’и= 90°С (как показывают эксперименты, см. рис. 4-8) наблюдается реэмиссионный эффект и интенсив­ ность сублимации увеличивается по сравнению с усло­ виями 7И=90°С и Рк=Ъ- 10~2 мм. рт. ст.

130

Тепловые и материальные балансы процесса субли­ мации. Количество сублимирующегося льда определялось уравнением

даваемое льду радиацией стенок сублимационной каме­ ры, вт/м2. Количество тепла, подведенное к образцу льда, складывалось из тепла от нагревателя qa и термо­ радиации стенок (/и.ст. Подводимое тепло затрачивалось на сублимацию qc и на нагрев льда qB.n в первый неустановившийся период процесса сублимации, а также на тепловые потери (учитываемые коэффициентом ц). Уравнение теплового баланса имело вид:

льда, сублимирующегося при данном вакууме при вы­ ключенном излучателе. Оно составляло очень малую

лучателя соответствует количеству тепла на сублимацию льда, и все другие эффекты не имеют существенного зна­

фектом. Мы объясняем его изменением толщины актив­ ного слоя сублимирующихся молекул пара у поверхно-

132