淬灭与沸腾

注意：本实验使用明火加热。请确保配备灭火器，并且实验周围无任何易燃材料。遵守所有标准的消防安全预防措施。

1. 淬火样品的制备（见照片，图1）

1. 截取一小段长约 24 mm、直径为 9.53 mm 的铜棒。在铜棒两端附近各钻一个直径为 1.6 mm 的小孔，孔深约为铜棒半径的一半。这些孔将作为热电偶测温孔。由于孔和热电偶尺寸相对较小，可认为其对整体传热行为的影响可忽略不计。
2. 使用耐高温环氧树脂（例如，JB Kwik）将耐高温热电偶探头固定于两个孔中。在环氧树脂固化过程中，应确保热电偶探头尖端被压入铜样中心位置。
3. 准备一个盛水容器作为淬火浴。将第三个参考热电偶插入淬火浴中，靠近样品将被浸入的位置。
4. 将三个热电偶连接至数据采集系统。设置一个程序（例如在 LabVIEW 中）以将瞬态温度测量数据记录到电子表格中。

图 1：a. 浸入冷却水浴中的带测温热电偶的铜样品照片。b. 加热铜样品。

2. 进行实验

1. 将本生灯或固体酒精燃料罐放置在淬火浴旁边，点燃火焰。
2. 从安全距离处，将样品在火焰上方逐渐加热（首次实验建议加热至约 50°C）。样品可通过热电偶导线夹持（图 1b）。
3. 开始将热电偶数据记录到文件中，然后将样品浸入淬火浴。保持样品稳定，以尽量减少强制对流传热。当样品温度接近淬火浴温度几度范围内时，停止记录温度数据。
4. 对逐步升高的样品初始温度（最高至约 300°C）重复此操作。对于初始温度高于 100°C 的情况，观察样品淬火后的沸腾行为。

3. 数据分析

1. 对于记录的温度测量数据，将每个时间点的样品平均温度记录为两个嵌入式热电偶读数的算术平均值。
2. 计算每个记录时间点的样品冷却速率 j 作为 = (T_s,j+1-T_s,j)/(t_j+1-t_j）（数值将为负值）。此处， t_j 是每次记录读数的时间。可通过使用2-3个读数的采样窗口进行滑动平均，以平滑这些冷却速率曲线。
3. 计算实验传热系数 h 使用步骤3.2中获得的冷却速率，代入公式2，并结合测量的浴槽（T_∞）以及样品温度（T_s这些传热系数与预测值（公式 4，见结果部分）相比如何？
4. 对于初始温度低于100°C的情况，使用初始实验温度测量值，并对公式2进行数值积分以预测随时间变化的冷却过程。利用公式4预测每个时刻的对流系数。将该曲线与实测值进行比较。关于数值积分的时间步长大小 Δt (例如，0.1 秒），温度可被积分表示为：
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