Экспериментальное исследование интенсивности испарения жидких капель системы «вода — этанол» с теплонапряженной поверхности | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 6 ноября, печатный экземпляр отправим 10 ноября.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Научный руководитель:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №20 (258) май 2019 г.

Дата публикации: 20.05.2019

Статья просмотрена: 483 раза

Библиографическое описание:

Ильченко, А. М. Экспериментальное исследование интенсивности испарения жидких капель системы «вода — этанол» с теплонапряженной поверхности / А. М. Ильченко, В. И. Кочетова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2019. — № 20 (258). — С. 90-96. — URL: https://moluch.ru/archive/258/59290/ (дата обращения: 23.10.2021).



Изучение механизма парообразования происходящего с теплонагреваемой поверхности представляет большой интерес для области теплоэнергетики высоких температур. Исследование интенсивности испарения капель жидкостей с сильно нагретых поверхностей является актуальным и перспективным вектором развития в понимании процессов тепло- и маслообмена, происходящего при кризисе кипения жидкостей. [1,3]. Научный и практический интерес к испарению жидкостей в сфероидальном состоянии можно объяснить тем, что охлаждение кипящей жидкостью широко применяется в технике [1]. Поведение испаряющейся капли на горячей плите всегда находилось в поле внимания заинтересованных наблюдателей и было предметом многолетних исследований. Анализ литературных источников [1–4] и собственный опыт экспериментальных исследований [3] показывает, что качественная картина поведения капли при её испарении на поверхности нагрева аналогична у всех авторов. Однако использование каждым исследователем относительно разных измерительных приборов приводит к тому, что численные значения времени испарения имеют значительный разброс. Различные атмосферные условия и другие факторы также вносят значительный разброс в результаты экспериментов

Известно, что капля жидкости, помещенная на сильно нагретую поверхность, может испаряться очень долгое время принимая форму сфероида. Это явление впервые было описано Лейденфростом [2] и нередко называется его именем. Этому феномену посвящено достаточное количество научной литературы. Однако, на наш взгляд, важной особенностью в процессе испарения капель жидкостей с теплонапряженной поверхности является определение и изучение наиболее интенсивного испарения жидкости. Исследование интенсивного испарения капель жидкостей с сильно нагретых поверхностей имеет непосредственное отношение к эффективному отводу тепловых потоков от теплонапряженных поверхностей, что обеспечивает важной информацией проектировщиков в области ее безопасности. В научной литературе этому уделено недостаточно информации.

Для исследования процесса испарения капель жидкостей с поверхности нагрева была разработана и создана экспериментальная установка [3], включающая в себя аппарат с обогреваемой поверхностью, которая представляет собой массивную латунную цилиндрическую пластину диаметром в основание 50мм, высота цилиндра 30 мм. Перед каждым опытом поверхность пластины обрабатывалась спиртом 70 %. Температура греющей поверхности измерялась медь-константановой термопарой, и дополнительно контролировалась инфракрасным термометром — пирометром АКИП-9302, позволяющим проводить измерения бесконтактным способом. Этот комплекс измерительных устройств позволил надёжно контролировать температуру поверхности нагрева с точностью 0,5°С для диапазона измерения температур от 100оС до 200оС. Испарение капель с поверхности плиты проводилось с шагом в 5оС. Все опыты выполнены при атмосферном давлении и относительной влажности воздуха, контролируемой в лаборатории, гигрометром психометрическим ВИТ-1 в пределах 50–60 %. Время испарения капли определялась секундомером с точностью 0.01 с. Масса каждой капели определялась электронными весами Digital Pocket Scale d5–2-series. Опыты по испарению капель жидкостей проводились при постепенном увеличении температуры поверхности нагрева. При одной и той же температуре греющей поверхности испарялось 4 капли. Для построения кривых испарения использовалось среднее время испарения капель жидкости. В качестве экспериментальных жидкостей служили: вода и система вода-этанол концентрацией от 10 до 70 % по весу этанола в воде.

На рис. 1 совместно представлены экспериментальные кривые скорости и времени испарения капель бинарных жидких смесей вода-этанол.

а.

б.

в.

г.

д.

е.

ж.

з.

и.

к.

л.

м.

н.

Рис. 1 Экспериментальные кривые времени и скорости испарения капель системы вода-этанол: кривые времени испарения: а- дистиллированная вода; б- вода-этанол 20 %; г- вода-этанол 30 %; е- вода-этанол 40 %; з — вода-этанол 50 %; вода-этанол 60 %; м — вода-этанол 70 %. Кривые скорости испарения: в –вода-этанол 20 %; д — вода-этанол 30 %; ж- вода-этанол 40 %; и –вода-этанол 50 %; л — вода-этанол 60 %; ж — вода-этанол 70 %.

Визуальная картина испарения всех капель жидкости одинакова. Разница состоит только в температурных интервалах их быстрого испарения. Например, рассмотрим этапы испарения капли вода-этанол 20 % с нагреваемой поверхности. При температуре стенки 100оС капля жидкости, попадая на поверхность, растекается и скорость ее испарения мала (см. рис. 1 в). В интервале температур 100оС– 140оС время испарения уменьшается, внутри капли происходит интенсивное кипение. Скорость испарения капли достигает максимального значения при температуре поверхности 140оС (рис.1 в). С дальнейшим ростом температуры бронзовой плиты капля не растекается на поверхности, а собирается в паровой сфероид, который периодически разрушается на более мелкие капли. Это происходит в интервале температур 160–230оС. Как показали экспериментальные наблюдения при температуре 240оС капля принимает сфероидальное состояние и отделяется от поверхности нагрева паровым слоем. Эта температура называется температура Лейденфроста. При этом теплоотдача от теплонапряженной поверхности и скорость испарения жидкости очень мала. Таким образом, наиболее интенсивное испарение жидкости осуществляется при температуре поверхности 140оС.

На рисунке 2 представлена обобщающая кривая зависимости времени быстрого испарения жидких капель в системах вода-этанол до 70 % по весу этанола.

Рис. 2. Обобщающая кривая зависимости времени быстрого испарения жидких капель в системах вода-этанол до 70 %

Согласно полученным и представленным обобщающим данным результатов исследования процесса испарения капель системы вода-этанол, можно сделать вывод, что с увеличением содержания спирта в воде температура поверхности при котором происходит быстрое испарение капли уменьшается.

На рисунке 3 представлена кривая зависимости скорости испарения от концентрации этанола в воде.

Рис. 3 Обобщающая кривая скорости испарения жидкой капли системы вода-этанол до 70 % по весу этанола

Из полученной кривой видно, что максимальная скорость испарения капель в системе вода-этанол соответствует концентрации х=40 % по весу этанола.

Таким образом нами экспериментально получены кривые испарения капель жидкостей системы вода-этанол. Определены температуры поверхности нагревателя при которых происходит их быстрое и медленное испарение.

Литература:

  1. Анохина, Е. В. Исследование процессов испарения и кипения жидкостей... — 2010. — т. 80. — Вып. 8. — С. 32–37
  2. J. G. Leidenfrost, lnt. J. Heat Mass Transfer, 9, 1153–1166 (1966).
  3. Романов В. В. Исследование критической области теплоотдачи кипящих бинарных смесей жидкостей. Автореф. дис.... канд. техн. наук. Воронеж: ВГТУ, 2006. 14 с
  4. П. С. Васильев, Л. С. Рева, С. Л. Рева, А. Е. Новиков, А. Б. Голованчиков. Определение времени испарения кипящей на поверхности нагрева капли. Вестник технологического университета. 2016. Т.19, № 5
Основные термины (генерируются автоматически): вес этанола, быстрое испарение, поверхность, поверхность нагрева, температура поверхности, значительный разброс, интенсивное испарение жидкости, научная литература, обобщающая кривая зависимость, сфероидальное состояние.


Похожие статьи

Экспериментальное исследование теплообмена при испарении...

Изучению процесса испарения капли с поверхности нагрева, было посвящено множество работ [1,2]. Нужно заметить, что испарение капли

Рис. 1. Зависимость времени испарения капли воды от температуры поверхности нагревателя: а — при нарывании поверхности...

Безопасность теплонапряженной поверхности при кризисе...

Необходимо контролировать температуру поверхности, для предотвращения пережога нагревателя.

На рис.2. представлена результирующая кривая зависимости времени быстрого t испарения навески от соответствующей температуры Т на этой поверхности.

Экспериментальное исследование звукового давления при кризисе...

При этой температуре, на поверхности нагревателя, происходит смена режима кипения, величина

Если контролировать температуру поверхности нагревателя, то

Полученная зависимость называется акустической кривой кипения [1]. Начало вскипания жидкости...

Расчет испарения и динамики движущихся капель топлива

Предмет. Процесс смесеобразования, отвечающий за подготовку горючей смеси для последующего сгорания, является важнейшей частью рабочего процесса, как воздушно-реактивных двигателей, так и двигателей внутреннего сгорания.

Влияние характеристик спецодежды на создание теплового...

Быстрое испарение влаги может вызвать охлаждение поверхности тела человека, особенно тех его участков, на которых материал плотно прилегает к телу. Интенсивное охлаждение увлажненной кожи, как известно, может привести к простудным заболеваниям...

Изучение характеристик влажно-тепловой обработки и методы их...

Изучению процесса испарения капли с поверхности нагрева, было посвящено.

Рис. 1. Зависимость времени испарения капли воды от температуры поверхности нагревателя: а...

Повторная фрагментация жидкости происходит и при срыве ее пленок с поверхности...

Прогнозирование зажигания жидкого топлива под воздействием...

Предполагается, что на поверхность жидкого конденсированного вещества непрерывно воздействует концентрированный поток светового излучения, имеющий радиус зоны действия r1. За счёт подводимой энергии поверхностные слои жидкости прогреваются.

Анализ температурного профиля пайки оплавлением

В процессе предварительного нагрева происходит испарение растворителя из паяльной пасты. При использовании паяльных паст для «свинцовой» технологии (на основе сплавов Sn62/Pb36/Ag2 и Sn63/Pb37) предварительный нагрев рекомендуется осуществлять до...

Основные уравнения процесса перегонки жидких смесей

Процессы однократного испарения (ОИ) осуществляют таким образом, чтобы образовавшаяся в системе паровая фаза оставалась в ней до наступления

Многократный процесс испарения или конденсации состоит в повторении несколько раз процессов ОИ с целью более полного...

Повышение безопасности при аварии с выбросом горящих облаков

Яламов Ю. И. Скорость нестационарного испарения сферической капли с учетом скачков концентрации и температуры вблизи ее поверхности / Ю. И. Боришанский В. М. и Кутателадзе С. С. Некоторые данные об испарении жидкости, находящейся в сфероидальном состоянии.

Похожие статьи

Экспериментальное исследование теплообмена при испарении...

Изучению процесса испарения капли с поверхности нагрева, было посвящено множество работ [1,2]. Нужно заметить, что испарение капли

Рис. 1. Зависимость времени испарения капли воды от температуры поверхности нагревателя: а — при нарывании поверхности...

Безопасность теплонапряженной поверхности при кризисе...

Необходимо контролировать температуру поверхности, для предотвращения пережога нагревателя.

На рис.2. представлена результирующая кривая зависимости времени быстрого t испарения навески от соответствующей температуры Т на этой поверхности.

Экспериментальное исследование звукового давления при кризисе...

При этой температуре, на поверхности нагревателя, происходит смена режима кипения, величина

Если контролировать температуру поверхности нагревателя, то

Полученная зависимость называется акустической кривой кипения [1]. Начало вскипания жидкости...

Расчет испарения и динамики движущихся капель топлива

Предмет. Процесс смесеобразования, отвечающий за подготовку горючей смеси для последующего сгорания, является важнейшей частью рабочего процесса, как воздушно-реактивных двигателей, так и двигателей внутреннего сгорания.

Влияние характеристик спецодежды на создание теплового...

Быстрое испарение влаги может вызвать охлаждение поверхности тела человека, особенно тех его участков, на которых материал плотно прилегает к телу. Интенсивное охлаждение увлажненной кожи, как известно, может привести к простудным заболеваниям...

Изучение характеристик влажно-тепловой обработки и методы их...

Изучению процесса испарения капли с поверхности нагрева, было посвящено.

Рис. 1. Зависимость времени испарения капли воды от температуры поверхности нагревателя: а...

Повторная фрагментация жидкости происходит и при срыве ее пленок с поверхности...

Прогнозирование зажигания жидкого топлива под воздействием...

Предполагается, что на поверхность жидкого конденсированного вещества непрерывно воздействует концентрированный поток светового излучения, имеющий радиус зоны действия r1. За счёт подводимой энергии поверхностные слои жидкости прогреваются.

Анализ температурного профиля пайки оплавлением

В процессе предварительного нагрева происходит испарение растворителя из паяльной пасты. При использовании паяльных паст для «свинцовой» технологии (на основе сплавов Sn62/Pb36/Ag2 и Sn63/Pb37) предварительный нагрев рекомендуется осуществлять до...

Основные уравнения процесса перегонки жидких смесей

Процессы однократного испарения (ОИ) осуществляют таким образом, чтобы образовавшаяся в системе паровая фаза оставалась в ней до наступления

Многократный процесс испарения или конденсации состоит в повторении несколько раз процессов ОИ с целью более полного...

Повышение безопасности при аварии с выбросом горящих облаков

Яламов Ю. И. Скорость нестационарного испарения сферической капли с учетом скачков концентрации и температуры вблизи ее поверхности / Ю. И. Боришанский В. М. и Кутателадзе С. С. Некоторые данные об испарении жидкости, находящейся в сфероидальном состоянии.

Задать вопрос