4.15: スピンと寒さ

1. スピンと寒さをテスト

1. 常温の水でアルミのソーダ缶を埋めるし、温度を記録します。
2. スピンと寒さを囲むのに十分なバランスで使用されている氷の総重量を測定します。
3. シール アルミ ソーダの蓋し、にアセンブリを挿入することができますプラスチック シールを使用して、スピンし、寒さ。
4. スピンし、寒さをアクティブにします。約 2 分を実行する必要があります 〜 500 rpm。
5. スピンと寒さからアルミのソーダ缶を外し、プラスチックの蓋をシールします。レコード内でアルミのソーダ水の最終的な温度ができます。
6. 卒業シリンダーまたはバランスを使用して水に溶けて氷の量を記録します。

2. ランプト パラメータ モデル

1. 行うことができる部屋の温度にはじまって、〜 4単一実行を使用してスピンしチル(~ 4)。ために実行する必要があります 〜 で 2 分 〜 500 rpm。
2. 最終的な各実行後、缶内の水の温度を記録します。
3. スピンと寒さ実行順番に3 回暖かいことから始まります。シーケンシャルの複製の合理的な数を実行スピンし、チルの実験。ために実行する必要があります 〜 で 2 分 〜 500 rpm。
4. 各実行後溶けた氷と最終的な温度の量を記録します。あなた開くことができます - それは可能性がありますまたはフォーム可能性がありますいないとき気をつけてください。
5. 繰り返し、スピンと寒さの作動回転数は異なります。部屋の温度にすることができますを起動し、回転数 500 rpm に至る 2 分実行します。

3. 非定常伝導モデル

1. 上記と同じ実験を行います。スピンを読み込むし、(温度測定の中心線に小さな穴) と氷と固体アルミ シリンダー寒さ。
2. 数分おきの測定し、レコードで缶とアルミ シリンダー - の中心温度である攪拌またはことができる内容を邪魔しないように注意。

スピン&チルは、熱伝達技術の家庭的な例です。それらを分析して、業界で広く研究され、適用されているエンジニアリングプロセスを理解することができます。スピン&チルは、冷蔵庫やアイスボックスよりもはるかに速くソフトドリンクを冷やします。それらは、氷の貯留層内でソーダ缶を毎分数百回転の速度で回転させることによって動作します。スピン&チルは、対流熱伝達を利用してソーダ缶を冷却します。さまざまな条件下での冷却速度を測定することにより、対流挙動を決定できます。これは、冷却効率を向上させるだけでなく、関連する熱伝達状況をモデル化して理解するために使用できます。このビデオでは、スピン&チルの動作原理、対流熱伝達を評価する実験、および関連するアプリケーションについて説明します。

スピン&チルは、温かみのあるソーダ缶を大きな寒冷な環境に沈めたものとしてモデル化されています。缶は壁が薄く、液体で満たされています。液体は中央で最も熱く、縁で最も冷たくなります。また、温度分布は缶の回転軸を中心に対称です。缶が回転すると、中の液体が冷却されます。周囲は非常に大きいため、それほど暖かくならないと想定されています。この視覚化は、いくつかのゾーンに分割でき、それぞれが独自の温度分布と熱伝達メカニズムによって特徴付けられます。壁は薄い膜としてモデル化されています。その熱伝達の主要なメカニズムは伝導です。媒体の巨視的な動きを伴わない熱の広がり。しかし、缶の壁は非常に薄いため、壁内の伝導はごくわずかです。両側には境界層があり、温度勾配の強い流体の領域です。ここで、熱伝達の主要なメカニズムは対流です。流体の動きによって助けられる熱伝達。急速回転中、内容物が十分に混合されているため、缶内での伝導はごくわずかです。最後に、バルク領域では、伝導が再び優勢です。しかし、缶内の液体に比べて氷の体積が大きいため、バルク氷相の温度はそれほど変化しません。そして、伝導はごくわずかです。缶内の伝導はごくわずかであり、対流は缶内の流体を冷却する決定要因であるため、集中パラメータ解析を使用して冷却挙動をモデル化できます。集中定数解析では、熱システムを 1 つの離散集中抵抗に縮小します。個々の抵抗の温度差が不明であると考えられます。集中定数モデルでは、熱伝達に対する最大の抵抗が境界層で発生すると仮定しています。缶が時間の経過とともに冷えると、バルクの温度はその体積に対して均一に低下します。示されている式を使用して、スピンアンドチルを使用して冷却される缶の集中熱伝達係数hを計算できます。熱伝達係数は、対流熱伝達に対するすべての抵抗を考慮に入れ、それらを1つの定数にまとめます。この定数は、熱流の駆動力に対する熱流束の比率です。この場合、缶内の液体の温度と氷の温度の差です。以上が原則です。次に、スピン&チルを使用して対流熱伝達を研究する方法を示しましょう。

この手順には、スピンアンドチル、氷、および密封可能なアルミニウムサンプル缶が必要です。缶の寸法を記録します。水で満たし、その質量と温度を記録します。次に、プラスチック製のシーリング蓋で缶を密封します。セットアップで使用する氷の重さを量ります。それを装置にロードし、最後にアルミ缶を挿入します。スピン&チルを300RPMで2分間のサイクルを1回実行するように設定し、スイッチを入れます。スピンが完了したら、缶を引き出し、蓋を外して水の温度を測定します。最後に、メスシリンダーを使用して、溶けた氷の量を測定します。シーケンシャルサイクルを使用して、長時間の運転が缶内の液体の冷却に及ぼす影響を評価します。シーケンシャルサイクルでは、前回と同様に2分間のサイクルが実行され、温度が記録されます。その後、缶をスピン&チルで交換し、さらに2分間のサイクルを開始します。スピン時間に加えて、他のパラメータを変更した場合の影響を調べます。冷却性能に対する回転速度など。数RPMから500RPMを超える速度まで、複数の速度で2分間のサイクルを実行します。

集中パラメータモデルのデータは、10回の単回試行で平均化されました。それぞれ300RPMで2分間持続します。平均して、2分間の運転で缶の温度が華氏82.12度から華氏55.88度に下がりました。缶の関連する物理的および幾何学的特性を代入して、熱伝達係数を計算できます。熱力学的効率は、缶によって失われた熱を、走行中に氷を溶かすのに必要な熱で割ることによって推定されました。一定のRPMでシーケンシャルランを使用すると、サイクルタイムが長くなると冷却性能が向上することが示されました。ただし、シーケンシャルサイクルは、冷却効率が時間とともに低下することを示しています。この効率の低下は、熱伝達を駆動する温度差が小さくなると、熱伝達でよく見られます。一定の実行時間で RPM を変化させると、速度が冷却性能に与える影響がわかります。スピン時間が速くなると、缶内の温度低下が大きくなります。熱伝達効率は、スピン&チルが最高回転数で運転されたときに最大になりました。

スピン&チルで観察される熱伝達プロセスは、多くの実験室や産業環境で見られます。高圧凍結は、透過型電子分光法のための組織サンプルを保存するために使用されます。スピン&チルに類似したプロセスでは、サンプルは加圧された液体窒素ジェットにさらされます。迅速で非破壊的な凍結固定が可能です。これは、氷の形成による細胞の損傷を防ぐために急速に凍結する必要がある植物組織に特に有用です。同様の手順が、ヒトの筋肉細胞や幹細胞の保存にも使用されます。原子炉はまた、対流熱伝達の原理に基づいて運転されます。それらは、高度に制御された核分裂反応が起こるコアを含んでいます。コアは加圧水の流れに沈められ、核分裂反応によって生成された熱を吸収して気化します。気化した水は、発電機の駆動に使用されます。これらの原子炉の安全性は、規模に関係なく、その炉心で発生する対流熱伝達プロセスの制御に大きく依存します。

あなたはちょうどスピンアンドチルでの熱伝達に関するJOVEの紹介を見ました。これで、対流熱伝達、対流熱伝達に影響を与えるパラメータの測定手順、および一部のアプリケーションについてご理解いただけたと思います。いつものように、ご覧いただきありがとうございます。