Описание экспериментального стенда

Введение

Огромная практическая значимость процессов кипения в современной науке, технике и технологии, с одной стороны, и отсутствием завершенной, стройной и непротиворечивой теории кипения, с другой стороны, делают актуальными большинство исследований, проводимых по изучению различных теплофизических и гидродинамических аспектов фазовых переходов при кипении чистых жидкостей и их смесей в самом широком диапазоне температур, давлений, режимных параметров, конструктивных особенностей и т.д.

Целью данных исследований является экспериментальное исследование по кипению слоев смесей теплоносителей при различных температурах поверхностей с целью изучения физики роста пузырей, а также влияние различных факторов на процесс парообразования.

Описание экспериментального стенда

Для исследований по кипению слоев смесей теплоносителей при различных температурах поверхностей с целью изучения физики роста пузырей, разработан экспериментальный стенд. Принципиальная схема этого стенда представлена на рис. 2.1.

Рисунок 2.1. Схема экспериментальной установки.

Экспериментальный стенд состоит из следующих элементов:

1. Источник света.

2. Блок питания электронагревателя.

3. Подкладка из термостойкого стекла и электронагреватель.

4. Кувета (сосуд прямоугольной формы из стекла).

5. Конденсирующая линза.

6. Непрозрачный щит с отверстием.

7. Камера с объективом.

Используя лабораторные приборы и мерную посуду, подготавливалась смесь в необходимой пропорции и объеме. Данная смесь помещалась в сосуд прямоугольной формы 4, представленным на рис 2.2

Рисунок 2.2 Сосуд прямоугольной формы

Сосуд прямоугольной формы с датчиками температуры устанавливался на подкладку из термостойкого стекла по центру электронагревателя 3.

Рисунок 2.3 Сосуд прямоугольной формы с датчиками температуры

1.Термопара, подключенная к поверхности сосуда

2.Термопара, подключенная внутренней поверхности сосуда

Блок питания 2 подключён к нагревательному элементу с помощью проводов. Поток света проходит через сосуд и поступает на конденсирующую линзу 5, где преломляется, в луч идущий через непрозрачный щит в отверстие 6 и регистрируется высокоскоростной камерой 7. Цифровая скоростная камера Fastvideo-500M предназначена для записи видео с частотой 500 кадр/сек при полноэкранном сканирование (разрешение 1280×1024, 10 бит). Система видеосъёмки на базе скоростной камеры Fastvideo-500M состоит из следующих основных узлов:

1. Скоростная камера Fastvideo-500M

2. Фреймграббер PCI-Express

3. Кабель Camera Link

4. Программное обеспечение Fastvideo Lab

5. Блок питания камеры

Данные с видео сенсора получаются контроллером камеры и передаются в фреймграббер по кабелям Camera Link. Из фреймграббера данные записываются напрямую в оперативную память ПК, откуда они выводятся на экран монитора и могут быть сохранены на жёсткий диск ПК. С целью обработки экспериментальных данных, используются контрольно-измерительные приборы термопары для измерения температуры и программное обеспечение для построения графиков изменения в течение всего процесса.

Система (Рис. 2.4) предназначена для наблюдения за жидкостью во время процесса парообразования. Также система может быть адаптирована для визуализации конвективных течений в слое жидкости.

Рисунок 2.4. Схема теневого метода.

В данной установке источником тепловыделения является электрический ток. Для фактического определения количества выделяемой теплоты спиралью накаливания по известным зависимостям аппарат оснащен двумя прецизионными вольтметрами (PA1) 17, (PA2) 18 производства Agilent Technologies марки 34420А класса точности 0,01 и эталонным сопротивлением (R) 19 в 0,01 Ом класса точности 0,015 (рис. 2.5).

Рисунок 2.5 Электрическая схема измерения мощности. T1 – блок питания; EL1 – нагреватель; РА1, РА2 – вольтметры; R – эталонное сопротивление.

Экспериментальные исследования проводились, при следующих значениях параметров: Т _ос. = 293…298 К (температура окружающей среды); t_w =22°С=295 К (начальная температура смеси); t_пов =295… 299К (начальная температура поверхности нагрева);