VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Термосифон – это одна из разновидностей тепловых труб принцип работы, которой основан на гравитационном эффекте. Цель работы исследовать внешнее тепловое поле работающего термосифона по всей его длине. В работающем термосифоне чётко просматривается: зона парообразования, транспортного коридора и зона конденсации. Можно предположить, что температура внутри термосифона и температура внешнего поля взаимосвязаны. Конфигурация внешнего поля термосифона может служить основой для расчётов внешних и внутренних его параметров.

Термосифон, выполнен из нержавеющей стали. В качестве активного вещества используется - эфир. Уплотнение концов трубки выполнено таким образом, что позволяет в начальной стадии процесса закипания эфира герметизировать трубку. Эфир занимает 1/3 объёма трубки.

Исходные данные термосифона: длина -210 мм, диаметр 8мм, толщина стенок 1мм. Материал нержавеющая сталь. Удельная теплоёмкость нержавеющей стали – С_V = 482,436 Дж/кг∙℃ при 100℃.

Удельная теплоёмкость эфира С_V = 3340 Дж/кг∙℃.

Для опыта мы изготовили четыре одинаковых термосифона, которые помещались в специально изготовленный солнечный термостат. Солнечный термостат представляет собой прямоугольный пенопластовый ящик размером 500х400х200 мм. Толщина стенок 70мм. Внутренняя поверхность ящика отделывалась белой жестью толщиной 0,5 мм. Жесть покрывалась чёрным лаком. Полость ящика закрывалась силикатным стеклом .Контроль температуры осуществлялся жидкостным термометром. Термостат устанавливался по отношению к солнечному потоку под углом 50℃. Воздушный объём термостата, при наружной температуре воздуха 5℃, прогревался до 89℃. Это позволило применить жидкие кристаллы с мезофазой 80-86℃. Помещённые в термостат термосифоны устанавливались в ящик таким образом, чтобы зоны конденсации трубок выступали из ящика и охлаждались воздухом температурой 5℃. Зона парообразования и транспортный канал находились в ящике. Дно термостата покрывалось жидкими кристаллами и прогревалось до 86℃, что соответствует ультрафиолетовому цвету жидких кристаллов. На рис.1 показано крепление термосифонов в термостате, а цвет жидких кристаллов отображает температуру его нагрузки.

Рис.1.Крепление термосифонов в термостате.1.Термосифоны.2.Нагрузка термостата.

Ход эксперимента:

1.Прогреваем термостат с термосифонами до 89℃.

2.Убераем крышку термостата и охлаждаем полость с её содержимом.

3.С помощью видеокамеры отслеживаем динамику теплового поля нагрузки в области термосифонов.

4.С помощью ЭВМ формируем слайд, отображающий тепловое поле у трёх термосифонов в данный момент времени.

На рис.2. показаны термограммы теплового поля у термосифонов А, В,С. Термограммы имеют общее сходство тепловых полей; высокая температура 86℃ в зоне парообразования 3, спадающая температура на границе транспортного канала 2 рис.2 с 83℃ до 80℃ и вновь повышается до 86℃ в зоне конденсации 1 рис.2. Ширина тепловых полей различна для каждого термосифона, общим является конфигурация формы тепловых полей вдоль трубки.

Рис.2.Внешние термограммы термосифонов. 1.зона конденсации.2.Транспортный канал.3.Зона парообразования.

Полученные термограммы внешнего излучения термосифонов можно использовать для расчёта температур внутри термосифона по его длине.

Так тепловой поток трубчатого нагревателя, отнесённый к единице его длины:

q_l = Ql = π(tc1-tc2)Rц, (1)

где Q – тепловая мощность цилиндра длиной l; tc1- температура внутренней поверхности цилиндра; tc2- температура внешней поверхности цилиндра; Rц - термическое сопротивление стенки цилиндра.

Термическое сопротивление стенки цилиндра:

Rц =1,15λlogdнdв, (2)

где dн- наружный диаметр цилиндра; dв- внутренний диаметр цилиндра.

Из уравнения (1) определим температуру внутренней стенки цилиндра tc1:

tc1=QRц-lπtc2πl . (3)

Таким образом, градиентные термограммы, жидких кристаллов позволяют через внешние параметры рассчитать тепловые характеристики теплоносителя.

Литература.

1.Оглоблин Г.В. Опыты с жидкими кристаллами.// «Физика в школе», №5.1977,с.94.99.

2.Оглоблин Г.В. Детектор на жидких кристаллах для демонстрации электростатических полей. // «Физика в школе» №6, 1978, с.74.-75.

3.Оглоблин Г.В. Детектор для пространственного наблюдения ультразвуковых полей. //7 н.м.к. ВАКУ, Хмельницкий,1979, с.53.

4. А.Н. Козлова Н.Н. Малов, А.Н. Мансуров Оглоблин Г.В. Новые лекционные демонстрации. // МВ и ССО СССР. ФИЗИКА,Сб-к н.м.с.,вып.6,М.1978, с. 52-57.

5.Оглоблин Г.В. Термометрический детектор для регистрации картин воздушного потока при обтекании тел. // 8 н.м.к. ВАКУ ,Хмельницкий,1981, с.32.

6. Объёмный ЖК-датчик для электромагнитных волн.// Материалы международной конференции по высоким технологиям. Ленинград . 2009,с.232.

Код для цитирования: Скопировать