freakpp052

102

a zaiem w tym przypadku błąd stosowania analogii jest zerowy. Bardzo mały będzie również błąd w przypadku powietrza (np. dla 20°C Pr = 0,7). Te przykłady są ilustracją stwierdzenia, że w szeregu przypadków technika sublimacji naftalenu nie wprowadza, z tytułu niespełnienia analogii, dużych błędów wartości współczynnika przejmowania ciepła.

6.1.2. Charakterystyka techniki sublimacji naftalenu

Do najważniejszych zalet tej techniki należą:

-    Mały błąd pomiaru wartości współczynnika wymiany masy, wynoszący od 5 do 10% (rzadko).

-    Możliwość wykonywania pomiarów rozkładu współczynnika wymiany masy/ciepła z rozdzielczością 0,01 mm.

-    Mały błąd analogii w wielu technicznych zastosowaniach (np. powietrze, woda).

-    Łatwość wykonywania modeli naftalenowych (poprzez odlewanie, obróbkę mechaniczną lub prasowanie).

-    Możliwość wykonywania pomiarów w temperaturze pokojowej.

Do jej najważniejszych wad należą:

-    Konieczność bardzo dokładnej stabilizacji temperatury całego laboratorium, błąd bowiem w określeniu temperatury powierzchni naftalenu wynoszący 1°C powoduje błąd pomiaru współczynnika wymiany masy wynoszący około 10% [6, 9],

-    Możliwość modelowania tylko ustalonej wymiany ciepła.

-    Ograniczenie modelowanych zagadnień do zagadnień, w których nie występuje na tyle duże aerodynamiczne nagrzewanie powierzchni naftalenu, by zwiększało to w znaczny sposób błąd wynikający z niewłaściwego określenia temperatury naftalenu. Zjawisko jest częściowo kompensowane zjawiskiem chłodzenia powierzchni naftalenu na skutek sublimacji, która w takich rejonach bywa największa. Sprowadza się to do ograniczenia zagadnień modelowych do zagadnień nieściśliwych.

-    Konieczność stosowania czystego naftalenu.

-    Szkodliwość naftalenu dla organizmu ludzkiego.

6.2. Zasada pomiaru współczynnika wymiany masy

Współczynnik wymiany masy jest zdefiniowany równaniem:

^mA

(6.1)

gdzie: [3 - konwekcyjny współczynnik wymiany masy, m/s, m_A - powierzchniowy ubytek naftalenu, kg/m²,

Pvn,w’ Pvn,°° " gęstość pary naftalenu przy powierzchni i w dużej odległości od niej, kg/m³,

At_T - czas trwania ekspozycji modelu w warunkach analogicznych do warunków modelowanych (testu), s.

6.2.1. Czas trwania testu

Prawidłowe dobranie czasu trwania testu jest zasadniczym warunkiem poprawnego wykonania eksperymentu. Powinien on być jak najdłuższy, aby ubytki naftalenu na powierzchni modelu były jak największe. Wówczas bowiem osiąga się największą dokładność pomiaru. Jeżeli ubytki naftalenu będą jednak zbyt duże, może to spowodować zmianę kształtu i proporcji modelu, a w konsekwencji utratę podobieństwa, szczególnie pola prędkości.

Stwierdzono, że ubytki naftalenu nie powinny być większe niż kilka dzie-sięciotysięcznych charakterystycznego wymiaru badanego zjawiska [3]. Jego dopuszczalne wartości zależą przede wszystkim od tego, jak wielkie są różnice grubości wysublimowanego naftalenu pomiędzy obszarami o maksymalnej i minimalnej jego wartości (mogą one osiągać nawet dwa rzędy wielkości) oraz od złożoności geometrycznej modelu. Nasilenie obu tych czynników prowadzi do tego, że dopuszczalny średni ubytek naftalenu, nie powodujący jeszcze utraty podobieństwa, będzie mniejszy. Zazwyczaj osiąga on wartość około 20-50 firn [8, 10].

Przewidywania teoretyczne czasu trwania testu wymagają jednak znajomości rozkładu współczynnika wymiany masy na powierzchni modelu oraz jego zależności od parametrów przepływu (przede wszystkim od liczby Reynoldsa), co jest przecież celem prowadzonych badań. W związku z tym przeprowadza się wstępne testy, na podstawie których określa się właściwy czas trwania testów badawczych. Różnorodność zjawisk badanych techniką sublimacji naftalenu powoduje, że czas trwania testu może się wahać od kilkunastu minut (duże wartości Re i złożone kształty modelu w warunkach konwekcji wymuszonej) do kilku godzin (badania zjawiska konwekcji swobodnej) - [8, 9, 10].

6.2.2. Określanie ubytku naftalenu

Średni współczynnik wymiany masy można określić, mierząc ilość wysublimowanego naftalenu metodą wagową lub też całkując rozkład współczynnika wymiany masy po całej powierzchni modelu. Metoda wagowa jest realizowana poprzez określenie masy modelu przed umieszczeniem go w sekcji po-