3. Описание лабораторного стенда

Экспериментальный участок для изучения кипения азота стационарным методом при атмосферном давлении представлен на рис. 2.

Рис. 2. Экспериментальный участок: 1 – стержень; 2 – изоляция (пенопласт); 3 – термопары; 4 – нагреватель; 5 – поверхность кипения

Кипение осуществляется на обращенной вверх торцевой поверхности медного цилиндрического стержня диаметром d=16 мм. Для тепловой изоляции боковой поверхности образец помещен в стакан из пенопласта, все соединения с которым выполнены с помощью клея БФ-2. По высоте образца высверлено пять отверстий диаметром 0,8 мм, центры которых расположены на расстояниях 2; 16; 30, 44, 58 мм от поверхности кипения. В отверстия заделаны «теплые» спаи дифференциальных медь-константановых термопар с диаметром термоэлектродов 0,1 мм, после чего залиты сплавом Вуда. «Холодные» спаи термопар находятся непосредственно в жидком азоте.

Тепло к поверхности кипения подводится от электрического нагревателя ( сопротивление R_н указано па стенде), расположенного в нижней части образца. Тепловой поток определяется по мощности электрического нагревателя с учетом потерь через изоляцию.

Принципиальная схема стенда приведена на рис. 3. Экспериментальный участок помещен в стеклянный криостат, заполненный азотом. Криостат имеет окна для визуальных наблюдений. Электрический сигнал от термопар экспериментального участка через переключатель ПМТ-20 подается для измерения на цифровой вольтметр Щ31. Положение 1 переключателя соответствует ближней к поверхности кипения термопаре, положение 5 - к дальней. Питание нагревателя образца осуществляется от источника постоянного тока Б5-47. Напряжение на нагревателе и на образцовом сопротивлении (R_обр=0,1 Ом, необходимое для определения тока нагрузки) измеряется цифровым вольтметром В7-16.

Рис 3. Схема лабораторного стенда

4. Последовательность выполнения работы

1. Включить общее электропитание стенда и приборы.

2. Заполнить криостат жидким азотом.

3. Установить переключатель «род работы» вольтметра Щ31 в положение 10 мВ.

4. Следить визуально и по показаниям первой термопары образца за процессом захолаживания и за сменой режимов кипения.

5. Дождавшись полного захолаживания образца, включить источник Б5-47 и установить ток в цепи нагревателя порядка 0,3 А по показаниям вольтметра В7-П6 с учетом значения образцового сопротивления.

6. После наступления стационарного режима записать показания вольтметра В7-16 в положении переключателя П1 «ток» и «напряжение», а также показания вольтметра Щ31 в положениях переключателя ПМТ-20 от 1 до 5. Запись значений тсрмо-ЭДС необходимо производить с максимально возможной скоростью.

7. Увеличивая ток нагревателя с шагом 0,2 А до значения плотности теплового потока Вт/м², производить измерение по п. 6.

8. Дальнейшее увеличение тепловой нагрузки проводить с меньшим шагом по току нагревателя = 0,05А. При некотором тепловом потоке, превышающем критический тепловой поток, произойдет переход в режим пленочного кипения, сопровождаемый сильным ростом температуры поверхности кипения. Этот переход хорошо заметен как визуально, так и по быстрому возрастанию температуры образца. При переходе в режим пленочного кипения необходимо, после записи тока и напряжения нагрузки, немедленно выключить источник Б5-47, в противном случае, возможен пережог нагревателя и выход из строя экспериментального стенда. За критический тепловой поток принимаем среднее арифметическое между тепловыми потоками в последнем устойчивом и в первом неустойчивом состоянии.

9. После измерения критического теплового потока выключить все приборы и отключить электропитание стенда.