freakpp056

110

oraz masy cząsteczkowej naftalenu wynoszącej 128,175 kg/kmol według mas atomowych w skali węglowej [11],

T_a__vn - temperatura mieszaniny powietrza z parami naftalenu, K.

Na powierzchni modelu naftalen w stanie stałym jest w stanie równowagi z parami naftalenu. Zatem ciśnienie cząstkowe pary naftalenu na jego powierzchni jest równe ciśnieniu nasycenia pary naftalenu, a to z kolei jest funkcją temperatury, natomiast temperatura par naftalenu jest równa temperaturze powierzchni naftalenu:

T_A-vn - ^Tvv

(6.9)

(6.10) gdzie: p_VNj _w - ciśnienie nasycenia par naftalenu na jego powierzchni, Pa,

T_w - temperatura powierzchni naftalenu, K.

Najbardziej wiarygodne wyniki pomiarów ciśnienia nasycenia par naftalenu są przedstawione w pracy [12], W zakresie temperatury 273-313 K wyniki te można opisać równaniem:

Pvn,w =exp[l 45,110-13683,3/T_w -16,9873 In(T_w)]    (6.11)

Badacze oceniają względny błąd określania wartości ciśnienia nasycenia par naftalenu w tym zakresie temperatury na mniej niż 2%, a największa względna różnica pomiędzy wynikami pomiarów a wynikami obliczeń według wzoru (6.11) nie przekracza 2%. W związku z tym można przyjąć, że maksymalny błąd względny wartości ciśnienia nasycenia par naftalenu określanej ze wzoru (6.11) wynosi 4%.

Temperatura powierzchni naftalenu, ze względu na postać zależności (6.9), ma zasadniczy wpływ na wartość współczynnika wymiany masy. Stąd wynika konieczność stabilizacji temperatury powietrza w laboratorium. Obej-mue ona okres kilkunastu godzin przed pomiarem - w celu uzyskania takiej samej temperatury wszystkich elementów biorących udział w pomiarze - oraz okres pomiaru - aby powietrze wchodzące w kontakt z naftalenem miało stałą temperaturę (taką samą jak temperatura początkowa), a temperatura naftalenu pocczas ważenia modelu i pomiarów profilu powierzchni była taka sama jak pooczas określania poprawki korekcyjnej.

Ze względu jednakże na zjawisko sublimacji temperatura powierzchni naftalen j nie będzie stała. Sublimujący naftalen, podczas zmiany stanu skupienia, będzie pobierał od otoczenia ciepło sublimacji, obniżając temperaturę powierzchni naftalenu. Prowadzi to do powstawania rozkładu temperatury na powierzchni naftalenu, przez co modelowanie powierzchni izotermicznej odbywa

się tylko z pewnym przybliżeniem. Przepływ ciepła w naftalenie zmniejsza ten niekorzystny efekt. Różnica temperatury powietrza i powierzchni naftalenu powoduje, że wymianie masy towarzyszy wymiana ciepła. Efekt ten jest bez znaczenia dla modelowania zjawisk wymiany ciepła w konwekcji wymuszonej, ale w przypadku konwekcji swobodnej może prowadzić do utraty pełnej analogii zjawisk wymiany ciepła i masy.

Problem obniżania się temperatury powierzchni naftalenu można potraktować trojako.

W pierwszym najprostszym przypadku można zaniedbać różnicę temperatury, godząc się z większym błędem pomiarów. Upraszcza to konstrukcję stanowiska pomiarowego oraz metodykę opracowywania wyników pomiarów. Można tak postąpić, jeżeli temperatura pomiaru jest stabilizowana na niskim poziomie, a występujące w zjawisku współczynniki wymiany masy/ciepła mają małe wartości, wskutek czego czas pomiaru jest długi.

Drugi sposób to bezpośredni pomiar temperatury termoparami zatopionymi, podczas odlewania modelu, tuż pod powierzchnią naftalenu lub też termometrami dotykowymi dosuwanymi do powierzchni modelu na krótko podczas wykonywania ekspozycji. Wiąże się to jednak z komplikacją układu pomiarowego i procedury pomiarowej.

W przypadku zatapiania termopar w naftalenie występuje ponadto niebezpieczeństwo pomiaru temperatury wnętrza naftalenu zamiast jego powierzchni albo wydostania się czujników temperatury na powierzchnię naftalenu, co powoduje zmianę warunków wymiany masy oraz przyspiesza erozję naftalenu. Stosowanie termometrów dotykowych jest związane z przerywaniem testu w celu zmierzenia temperatury powierzchni naftalenu, a to powoduje okresową utratę podobieństwa. Bezpośredni pomiar temperatury powierzchni naftalenu termometrami jest szczególnie uciążliwy podczas pomiaru rozkładu współczynnika wymiany masy/ciepła. Wówczas teoretycznie byłoby konieczne zastosowanie tylu termopar (punktów pomiaru temperatury), ile jest punktów pomiaru współczynnika. Prowadziłoby to do takiej komplikacji pomiarów, że zaleta prostoty pomiaru techniką sublimacji naftalenu, będąca jedną z zasadniczych przyczyn jej stosowania, zostałaby utracona.

Ostatni sposób polega na rachunkowym określeniu wartości spadku temperatury powierzchni naftalenu. Analizując zjawisko sublimacji na powierzchni naftalenu, można zapisać, stosując oznaczenia jak na rys. 6.1, że

q_s = qa⁺q^    (6.12)

lub, jeżeli przyjmie się, że ciepło do procesu sublimacji jest dostarczane tylko przez konwekcję,

q_s-q_a (6.13)