Устройство экспериментальной установки. Методика проведения эксперимента

Экспериментальная установка (рис.1) аналогична установке для исследования теплоотдачи при кипении (лабораторная работа №6) и отличается от нее только конструкцией рабочего участка и способом его крепления. Камера 1 заполнена водой и снабжена иллюминаторами для визуальных наблюдений. Электронагреватель 2 нагревает воду до температуры насыщения и поддерживает ее в ходе опыта с помощью контактного термометра 4 и блока автоматики 3.

Исследование кипения и явление кризиса проводится на нихромовой проволочке 5 диаметром d и длиной l, закрепленной с помощью винтов в токоподводах 6, проходящих сквозь съемную крышку камеры 7.

Размеры проволочки указаны в табличке на установке. Проволочка разогревается непосредственным пропусканием через нее переменного тока низкого напряжения от источника питания 8. Регулирование подводимого теплового потока производят с помощью автотрансформатора типа РНО (9). Тепловой поток определяют по показаниям амперметра 10 и вольтметра 11.

До начала проведения опытов вода нагревателем 3 должна быть нагрета до температуры насыщения.

Рис.1. Принципиальная схема установки

Во время опытов автотрансформатором 9 ступенчато повышают напряжение на проволоке, начиная от 0, увеличивая подводимый тепловой поток. При каждом значении теплового потока измеряют падение напряжения на проволочке U и силу тока I, проводят визуальные наблюдения, зарисовывают картину процесса кипения на проволочке, описывают его характер (количество, размеры и частоту отрыва пузырьков).

При приближении к значению теплового потока, соответствующему критическому, увеличение напряжения производят медленно, с меньшим шагом, внимательно наблюдая за показаниями вольтметра и амперметра.

В момент наступления кризиса кипения проволочка раскаляется и перегорает. Электрическая цепь разрывается, стрелка амперметра резко движется к 0, а показания вольтметра увеличиваются. Последние измерения U и I, предшествующие наступлению кризиса, принимают в расчет при определении q_кр. Запись данных эксперимента, зарисовку и описание картины кипения проводят для четырех значений плотности теплового потока, соответствующих характерным режимам процесса: 1-1 свободной конвекции; 1-2 неразвитому пузырьковому кипению; 1-3 развитому режиму пузырькового кипения; 1-4 переходу к пленочному режиму кипения. Результаты первого опыта заносят в таблицу.

После перегорания проволочки вращением ручки автотрансформатора уменьшают напряжение до 0, затем рубильником 12 отключают установку от сети. Снимают крышку с токоподводами 7, заменяют сгоревшую проволочку. Крышку устанавливают на место, подают напряжение на проволочку, увеличивая его до значения, соответствующего режиму 1-3, предшествующему кризису. Затем медленно повышают напряжение до наступления кризиса, фиксируя U_кр и I_кр. Опыт по определению q_кр1 повторяют 3 раза, данные также заносят в таблицу (опыты 2-1, 2-2, 2-3).

№ опыта i	№ режима кипения i-к	Напряжение U, В	Сила тока I, А	Плотность теплового потока q, Вт/м2	Зарисовка картины процесса	Описание характера проыесса
1	1-1 1-2 1-3 1-4
2	2-1 2-2 2-3