Refroidissement et ébullition

Remarque : Cette expérience utilise flamme chauffage. S’assurer qu’un extincteur est sur place et qu’aucun des matériaux inflammables ne sont près de l’expérience. Suivez toutes les précautions standards pour la sécurité-incendie.

1. fabrication de l’échantillon pour trempe (voir la photo, Fig. 1)

1. Couper une longueur réduite (~ 24 mm) de la tige de cuivre de diamètre de 9,53 mm. Percer deux petits trous (diamètre de 1,6 mm) environ à mi-chemin dans la tige près des deux extrémités. Ces trous seront les puits de thermocouple. Comme les trous et les thermocouples sont relativement faibles, on peut supposer qu’ils ont un effet minime sur le comportement de transfert thermique global.
2. Utilisez époxy haute température (par exemple, JB Kwik) d’apposer des sondes thermocouples haute température dans les deux trous. Veiller à ce que les pointes de thermocouple sont enfoncées dans le centre de l’échantillon de cuivre que le couche d’époxy.
3. Mettre en place un récipient d’eau comme un bain de trempe. Insérer une troisième référence thermocouple dans la baignoire près où l’échantillon va être trempé.
4. Branchez les trois thermocouples à un système d’acquisition de données. Set up un programme (dans LabVIEW par exemple) pour ouvrir une session transitoire de la température dans une feuille de calcul.

Figure 1 : a. photo d’instrumenté échantillon cuivre refroidissement eau bain. b. chauffage cuivre échantillon.

2. exécution d’expérience

1. Positionner un bec Bunsen ou une ceinture de protection cartouche de combustible à côté du bain de trempe. Allumer la flamme.
2. D’une distance sûre tenue, progressivement chauffer l’échantillon au-dessus de la flamme (à environ 50° C recommandé pour la première expérience). L’échantillon peut être tenu par les fils de thermocouple (Fig. 1 b).
3. Démarrer la journalisation des données de thermocouple au fichier et y plonger l’échantillon dans le bain de trempe. Tenir le stationnaire de l’échantillon pour que forcé de transfert de chaleur par convection est minime. Arrêter l’enregistrement des données de température une fois l’échantillon aborde quelques degrés de la température du bain.
4. Répétez cette procédure pour des températures d’échantillon initial progressivement plus élevés (jusqu'à ~ 300° C). Pour les cas supérieure à 100° C, observer le comportement de bouillant après la trempe de l’échantillon.

3. analyse des données

1. Pour des mesures de température enregistrées, noter la température de l’échantillon moyen à chaque fois comme la moyenne arithmétique des deux lectures thermocouple incorporé.
2. Calculer l’échantillon taux à chacune de refroidissement connecté temps j comme = (T_{s, j + 1}-T_{s, j}) / (t_{j + 1}-t_j) (les valeurs seront négatives). Ici, t_j est le temps de chacun connecté lecture. Il peut être utile lisser ces courbes de taux refroidissement en effectuant une moyenne en cours d’exécution avec une fenêtre de l’échantillon de 2 ou 3 lectures.
3. Calculer la chaleur expérimental transfert coefficients h avec Eqn. 2 en utilisant le taux de refroidissement de l’étape 3.2, et mesuré les bain (T_∞) et température de l’échantillon (T_s). Comment comparer ces coefficients de transfert de chaleur avec les valeurs prédites (Eqn. 4, voir les résultats) ?
4. Pour un cas avec une température initiale inférieure à 100° C, utilisez la mesure de température expérimentale initiale et intégrer numériquement Eqn. 2 pour prédire le refroidissement au fil du temps. Utilisez Eqn. 4 pour prédire le coefficient de convection à chaque fois. Comparez cette courbe de valeurs mesurées. Pour l’heure numérique étape taille Δt (p. ex., 0,1 s), la température peut être intégrée comme :
   (3)