Abschrecken und Sieden

Hinweis: Dieses Experiment verwendet Flamme erhitzen. Stellen Sie sicher, dass ein Feuerlöscher griffbereit ist und dass keine brennbaren Materialien in der Nähe des Experiments sind. Befolgen Sie alle üblichen Vorsichtsmaßnahmen für den Brandschutz.

1. Herstellung der Probe zum abschrecken (siehe Foto, Abb. 1)

1. Schneiden Sie eine kleine Länge (~ 24 mm) 9,53 mm Durchmesser Kupfer Stange. Bohren Sie zwei kleine Löcher (Durchmesser 1,6 mm) über auf halbem Weg in den Stab in der Nähe der beiden Enden. Diese Löcher werden die Thermoelement-Brunnen. Da die Löcher und Thermoelemente relativ klein sind, können wir davon ausgehen, sie haben nur minimale Auswirkungen auf das Gesamtverhalten der Wärme-Übertragung.
2. Verwenden Sie Hochtemperatur Epoxy (z. B.JB Kwik) hohe Thermoelement-Temperaturfühler anzubringen, in die zwei Löcher. Sicherstellen Sie, dass die Meßspitzen Thermoelement in der Mitte der Kupfer Probe als Epoxy-Sets gedrückt werden.
3. Ein Wasserbehälter als ein abschrecken Bad eingerichtet. Einfügen einer dritten verweisen Thermoelement in das Bad in der Nähe, wo die Probe abgeschreckt werden.
4. Verbinden Sie die drei Thermoelemente mit einem Datenerfassungssystem. Legen Sie bis eine Programm (in LabVIEW zum Beispiel) um zu Transienten Temperaturmessungen in eine Kalkulationstabelle zu melden.

Abbildung 1 : A. Foto instrumentierten Kupfer Probe im kühlen Wasser Bad. B. Heizung Kupfer Probe.

2. durchführen experiment

1. Stellen Sie eine Bunsenbrenner oder Scheuer Kraftstoffkanister neben dem abschrecken Bad. Licht der Flamme.
2. Aus der Ferne sicheres halten warm allmählich die Probe über der Flamme (auf ~ 50° C empfohlen für das erste Experiment). Die Probe kann durch das Thermoelement führt (Abb. 1 b) gehalten werden.
3. Protokollierung der Thermoelement-Daten in Datei starten und Eintauchen der Probe in das Quench-Bad. Die Probe stabil, so dass Konvektionswärmeübertragung gezwungen ist minimal zu halten. Stoppen Sie Temperaturdaten, sobald die Probe innerhalb von ein paar Grad die Badtemperatur nähert.
4. Wiederholen Sie diesen Vorgang für schrittweise höhere Erstmuster Temperaturen (bis zu ~ 300° C). Beobachten Sie für Fälle über 100° C das kochende Verhalten nach dem abschrecken der Probenmaterials.

(3) Datenanalyse

1. Die protokollierten Temperaturmessungen nehmen Sie die durchschnittliche Probentemperatur zu jeder Zeit als das arithmetische Mittel der beiden eingebettete Thermoelement Lesungen auf.
2. Berechnen Sie die Kühlung bei jeder Probe angemeldet Zeit j als = (T_{s, j + 1}-T_{s, j}) / (t_{j + 1}-t-_j) (Werte werden negativ sein). Hier ist t_j die Zeit der einzelnen protokolliert lesen. Es kann hilfreich sein, diese Kühlung Satz Kurven glätten, indem Sie Durchführung laufenden Durchschnitt mit einem Probenfenster von 2-3 Lesungen sein.
3. Berechnen Sie der experimentellen Wärme Übertragung Koeffizienten h mit Eqn. 2 unter Verwendung der Abkühlgeschwindigkeit ab Schritt 3.2 und gemessen Sie Bad (T_∞) und Probe Temperaturen (T_s). Wie vergleichen diese Wärmedurchgangskoeffizienten mit Sollwerten (Eqn. 4, s. Ergebnisse)?
4. Verwenden Sie für einen Fall mit Anfangstemperatur unter 100° C die erste experimentelle Temperaturmessung und numerisch integrieren Sie Eqn. 2 zur Vorhersage der Kühlung im Laufe der Zeit. Verwenden Sie Eqn. 4, den Konvektionskoeffizienten zu jeder Zeit vorherzusagen. Diese Kurve, um Messwerte zu vergleichen. Für numerische Schritt Größe Δt (z. B.0,1 s), die Temperatur kann als integriert werden:
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