Cwicz  3

94

i odrywają się ze stalą częstotliwością, co pozwala określić współczynnik wnikania z odpowiednich równań terytorialnych jeżeli tylko znamy wartości takich parametrów fizykochemicznych jak lepkość, ciepło właściwe, przewodnictwo cieplne itp.

Duża liczba zmiennych oraz brak jednolitego modelu wrzenia pęcherzykowego powoduje, że nie ma uniwersalnego równania dla wszystkich cieczy i dla wszystkich powierzchni wrzenia. Natomiast dla danej cieczy i danej powierzchni wrzenia każde równanie można uprościć do następującej postaci:

a = C(AT)"    (12.10)

Odcinek 3 na rys. 12.1 przedstawia zależność a = f(AT) gdy wymiana ciepła odbywa się głównie na drodze tzw. wrzenia błonkowego. W tym obszarze pęcherzyki łączą się ze sobą i tworzą błony pokrywające znaczną część powierzchni. Ponieważ przepływ ciepła odbywa się głównie do cieczy otaczającej pęcherzyk, a od niej dopiero do wnętrza pęcherzyka, pokrycie powierzchni przez duże pęcherze pary zmniejsza kontakt cieczy z powierzchnią grzejną i znacznie obniża szybkość wnikania ciepła. Duże pęcherze odrywają się z niewielką częstotliwością w dowolnie położonych punktach, a na ich miejscu ze względu na znaczną różnicę temperatur AT tworzy się natychmiast nowa błonka pary. Brak regularności w tworzeniu i odrywaniu się pęcherzy nie pozwala opisać zjawiska w sposób analityczny. Małe znaczenie tęgo zjawiska w praktyce przemysłowej jest powodem małego zainteresowania wśród badaczy.

Odcinek 4 na rys. 12.1 przedstawia zależność a = f (AT) gdy wymiana ciepła odbywa się na drodze promieniowania i przewodzenia. W tym obszarze cała powierzchnia grzejna jest pokryta błonką parową, a wrzenie odbywa się na granicy para-ciecz. Współczynnik wnikania ciepła nieznacznie rośnie przy rosnącej różnicy temperatur AT (na skutek promieniowania) aż do osiągnięcia temperatury topnienia materiału ścianki. Należy podkreślić, że mimo praktycznej stałości współczynnika a wartość strumienia cieplnego q rośnie ze wzrostem różnicy AT.

W przypadku wrzenia, tak jak w każdym innym przypadku wnikania ciepła, średni współczynnik a możemy obliczyć z ogólnego równania

(12.11)

gdzie q - strumień ciepła [W/m²].

3. Aparatura

W szklanym zbiorniku 1 o pojemności około 10 dm³ zamontowano dwie grzałki (każda o mocy 2000 W), oraz zasadniczy element grzejny - grzałkę pomiarową. Na ściance grzałki pomiarowej rozmieszczono równomiernie na . obwodzie (co 90°) cztery termoelementy. Piąty termoelement znajduje się w ogrzewanej wodzie. Wytworzona podczas wrzenia para przedostaje się rurą 12 do chłodnicy 10, w której skrapla się i przepływa przez latarkę pomiarową 8 do zbiornika wyrównawczego 6. Rurą S kondensat wraca do naczynia 1.

Aby proces wrzenia nie ulegał zakłóceniom, zarówno para płynąca rurą 12, jak i kondensat odpływający ze zbiornika wyrównawczego 6, są dogrzewane do temperatury bliskiej 100 °C.

Grzałki pomocnicze w zbiorniku 1 zasilane są energią elektryczną poprzez regulatory mocy 14, zaś grzałka zbiornika wyrównawczego poprzez regulator mocy 4. Grzałka pomiarowa o mocy 4000 W zasilana jest poprzez regulator mocy 16. Rura parowa jest dogrzewana grzałką 13.

4. Metodyka pomiarów

Przed przystąpieniem do pomiarów należy:

1)    dokładnie zapoznać się z opisem aparatury oraz dodatkowymi instrukcjami znajdującymi się przy zestawie laboratoryjnym;

2)    sprawdzić czy woda w naczyniu 1 zajmuje około 2/3 całej objętości;

3)    przez otwarcie zaworu 11 doprowadzić wodę chłodzącą do skraplacza 10.

Po wykonaniu wyżej wymienionych czynności należy włączyć grzałki pomocnicze w zbiorniku 1 i ustawić regulator mocy 14 na wartość podaną przez dyżurującego asystenta. Włączyć dogrzewanie rury parowej 12 i zbiornika wyrównawczego 6 poprzez regulatory mocy 4 nastawione w ten sposób, aby równoważyły straty cieplne. Jednocześnie poprzez otwarcie zaworu 15 należy doprowadzić wodę chłodzącą do chłodnicy zwrotnej 18. Kiedy woda w zbiorniku 1 zacznie wrzeć należy zmniejszyć moc grzałek pomocniczych regulatorem 14 tak, by w latarce pomiarowej utrzymywać minimalny przepływ kondensatu.

Po ustaleniu się natężenia przepływu kondensatu włączyć poprzez regulator 17 grzałkę pomiarową 2. Zakres pomiarów określa dyżurujący asystent ( od 20 do 90 % mocy grzałki pomiarowej). Podczas pomiarów należy zanotować:

1)    natężenie przepływu kondensatu,

2)    moc prądu dostarczaną do grzałki pomiarowej,