freakpp053

104

miarowej (pomiar bazowy) oraz po zakończeniu testu (pomiar końcowy). Wówczas średni powierzchniowy ubytek naftalenu można określić ze wzoru:

(6.2)

mi - mi

^mA= _A ~~ ^mc

A

gdzie: m[ - masa modelu przed rozpoczęciem testu, kg, m₂ - masa modelu po zakończeniu testu, kg,

A - pole powierzchni modelu, z której naftalen sublimuje podczas testu, m-,

m_c - poprawka korekcyjna, kg/m².

Mstoda wagowa służy również do pomiaru wartości quasi-Iokalnego współczynnika wymiany masy. Wówczas powierzchnia modelująca wymianę ciepła składa się z wielu małych modeli, wyodrębniających jej charakterystyczne obszary i tworzących wspólnie jedną powierzchnię sublimującą. Ubytek masy oraz wartość współczynnika wymiany masy są określane osobno dla każdego modelu.

Poprawka korekcyjna wynika z tego, że naftalen sublimuje z modelu nie tylko w czasie ekspozycji modelu podczas testu, ale również w trakcie przenoszenia modelu od wagi do miejsca ekspozycji, montażu i demontażu modelu w sekcji pomiarowej. Ilość wysublimowanego w ten sposób naftalenu określa się eksperymentalnie, indywidualnie dla każdych badań, ze względu bowiem na zmiany w sekcji pomiarowej i kształcie modeli czas trwania czynności oraz rodzaj narażenia na sublimację naftalenu z modelu poza testem są różne. Wyznaczanie poprawki korekcyjnej przebiega w ten sposób, że jest realizowany cały cykl, tj. od ważenia bazowego do końcowego bez wykonywania samego testu. Poprawkę korekcyjną określa się wówczas z zależności:

m_c =

Am_c

A_t

(6.3)

gdzie: Am_c - ubytek masy modelu występujący w czasie całego pomiaru, pomiędzy ważeniem bazowym i końcowym, bez wykonywania testu, kg,

A_t - pole powierzchni naftalenu pozostającej w kontakcie z powietrzem,

gdy model nie jest zamontowany do sekcji pomiarowej, m².

Wartość tak określonej poprawki stanowi około kilku procent (zazwyczaj poniżej 3%) strumienia naftalenu wysublimowanego w trakcie testu. Jest ona silnie uzależniona od temperatury panującej w laboratorium. W związku z tym należy pamiętać, aby temperaturę w laboratorium stabilizować, w trakcie całej procedury pomiarowej, zawsze na tym samym poziomie.

Uzyskiwanie zadowalającej dokładności pomiarów wymaga ważenia modeli wagami o rozdzielczości nie gorszej niż 0,1 mg (lepiej 0,01 mg). Dokładność taką można osiągnąć wagami analitycznymi o zakresach ważenia do 100-200 g. W związku z tym często zachodzi konieczność podziału sekcji pomiarowej na kilka modeli o dopuszczalnej masie. Podziału takiego można dokonać również w celu pomiaru quasi-lokalnych wartości współczynnika wymiany masy. Przy takich masach modeli ilość wysublimowanego naftalenu wynosi zazwyczaj od kilkadziesięciu do stu kilkudziesięciu miligramów [8]. Błąd względny pomiaru masy wysublimowanego naftalenu (ze względu na to, że dokładność ważenia jest zazwyczaj o rząd wielkości gorsza od rozdzielczości) wynosi około 0,1%.

Rozkład współczynnika wymiany ciepła określa się poprzez pomiar współczynnika wymiany masy w wielu punktach modelu. Dokonuje się tego, określając w' tych punktach grubość wysublimowanego naftalenu (głębokość ubytku naftalenu). Wówczas lokalny powierzchniowy ubytek naftalenu

^mA(r) = PsN^S(r)-    (6-4)

gdzie: r - współrzędne punktu pomiarowego,

Psn " gęstość naftalenu w stanie stałym, kg/m³,

8(r) - grubość wysublimowanego naftalenu w punkcie pomiarowym o współrzędnych r , m.

Grubość wysublimowanego naftalenu określa się na podstawie dwukrotnego, przed i po teście, pomiaru profilu powierzchni naftalenu. W tym celu musi być realizowana specjalna procedura pomiarowa, która pozwoli na wyeliminowanie lub zminimalizowanie wielu, możliwych do popełnienia, błędów. Procedura ta musi być dodatkowo zautomatyzowana, tak aby zapewnić szybką i powtarzalną jej realizację. Wymaganie powtarzalności jest oczywiste - pomiar profilu powierzchni musi się odbywać w tych samych punktach na modelu naftalenowym. Natomiast wymaganie szybkości wynika z tego, że przy liczbie punktów pomiaru profilu wynoszących do kilku tysięcy sublimacja naftalenu, występująca w trakcie pomiaru profilu powierzchni, może znacznie zwiększyć błąd pomiaru.

Poprawka korekcyjna może być i tak ponad dwukrotnie większa niż określana bez pomiaru profilu, dochodząc do 15% strumienia naftalenu sublimują-cego w trakcie testu [10], Daje to, w przeliczeniu na grubość wysublimowanego naftalenu, wartość kilkudziesięciu nanometrów na minutę, uzależnioną przede wszystkim od temperatury utrzymywanej w laboratorium. Określa się ją podobnie jak dla pomiaru średniego współczynnika wymiany masy, z tą różnicą, że po ważeniu bazowym i przed ważeniem końcowym jest realizowany pomiar profilu powierzchni. Dzięki automatyzacji czas pomiędzy pomiarem bazowym i końcowym w każdym punkcie modelu jest taki sam, co umożliwia dokładne uwzględnienie poprawki korekcyjnej.