Способ измерения коэффициента тепловой аккомодации Советский патент 1987 года по МПК G01N25/00 

11

Изобретение относится к области приборов и техники лабораторных научно-исследовательских работ, в частноти к экспериментальной технике физ- химии поверхностей.

Целью изобретения является расширение области использования способа за счет измерения коэффициента на поверхности жидкости.

Исследуемую каплю жидкости на стеклянной нити помещают в камеру, из которой откачан воздух. Расположенная на дне камеры кювета с той же жидкостью создает в ней насыщенные пары. Каплю нагревают источником инфракрасного излучения, например лампами накаливания, которые для равномерного нагрева, освещают каплю со всех сторон.

Для. того, чтобы капля в результате нагрева не испарилась полностью, она создается из раствора соли известной концентрации, для которой известна зависимость давления насыщенных .паров над раствором от концентрации. Таким образом, через некоторое время после начала опыта капля в камере достигает равновесного состояния, после чего измеряется ее размер. Для расчета коэффициента тепловой аккомодации необходимо определить температуру капли и поток тепла, поглощаемый ею.

Температура капли определяется следующим образом.

Поскольку капля не растет и не испаряется, следовательно, плотность насыщенных паров над ее поверхностью равна плотности паров в окружающей среде. Так как плотность паров над :Каплей зависит от ее температуры и концентрации растворенного вещества, справедливо соотношение:

С С„-|(1-ф)(Т-Т„),(1)

де С - плотность насыщенных паров при температуре среды Т, , Т - температура капли, Ф - функция, характеризующая

понижение давления над каплей, обусловленное наличием растворенного вещества и зависящая от его концентрации;

L - удельная теплота испарения жидкости,

0

22

072

(Ч - ее молекулярный вес; R - универсальная газовая постоянная .

Концентрация растворенного вещества легко определяется из известных значений концентрации раствора, из которого образуется капля, и размера капли в момент образования. Функция ср разная для различных жидкостей и растворенных веществ и должна быть известна заранее. Например, для раствора соли NaCl в воде величина Ф определяется формулой

15

. ф . , К - 1,5

где К 12,49(--)-3,25,

3.

а - концентрация соли в капле; концентрация насьщенного раствора .

Таким образом, уравнение (1) позволяет рассчитать температуру капли.

Поток тепла, поступающий в каплю, определяется следующим образом.

Не меняя месторасположение капли и источников освещения, в камеру впускают воздух и снова измеряют размер капли,, достигшей равновесного состояния. Температура капли определяется также, как описано. Так как закон теплоотдачи, -капли в воздухе известен, определяется поток тепла, поступающий в каплю

1 ,(T - Т, ), (3).

где эе коэффициент теплопроводности

воздуха ;

г и Т - размер и температура капли при наличии воздуха соответственно.

Поток тепла от источника излучения, попадающий на каплю, пропорционален ее поверхности, поэтому

Ji

:з

т-2

(4)

где г и 1

радиус капли и поток поглощаемого ею тепла при откачанном воздухе соответственно.

55

Определенные таким.образом значения потока тепла, поступающего в каплю, ее температуру и размер позволяют рассчитать коэффиент тепловой

31332207

аккомодации молекул пара на поверх-фициента тепловой аккомодации на поности жидкости, верхности жидкости.

Пример . Опыт проводится в

цилиндрической камере объемом порядкаФормула изобретения 0,001 м при 10°С. Капля создается

из раствора соли NaCl в воде концент-1 . Способ измерения коэффициента рацией 0,1 от насьпценной. Радиус кап-тепловой аккомодации,включающий на- ли при образовании 229 мкм. Таким об-грев исследуемого образца, помещенно- разом, количество соли в капле такое-JQ го в частично вакуумированную камеру, же, как в капле насыщенного раствораизмерение температуры нагреваемого радиусом 106 мкм. Нагрев капли осу-образца и определение потока тепла, ществлется с помощью двух ламп нака-испускаемого им, с последующим {засче- ливания мощностью 50 Вт каждая, осве-том коэффициента по известной методи- щавших каплю с противоположных сто-1 ке, отличающийся тем, рон. При наличии в камере воздуха рав- что, с целью расширения области ис- новесный радиус капли составляетпользования способа за счет измерения 157 мкм. Расчет по уравнениям (1) икоэффициента поверхности жидкости, в (2) показывает, что разница темпера-каплю исследуемой жидкости предвари- тур между каплей и окружающим возду-„п тельно добавляют растворимое веще- хом при этом равна П,87 К. Из урав-ство определенной концентрации, для нения (3) получаем, что поток теплакоторого известна зависимость давлена каплю составляет 4,58-10 Вт.ния насыщенных паров от концентрации.

При откачанном воздухе в насьщен-далее нагревают в среде, насьщ;енной ных парах воды равновесньй радиус кап-25 парами той же жидкости, и по измеренли равен 107 мкм. Согласно уравнениюному равновесному размеру капли оп(4) поток тепла, получаемый такойределяют ее температуру, затем анакаплей, равен 2,1210 Вт, а по урав-логичным образом измеряют температунениям (1) и (2) разница температурру той же капли, нагреваемой в примежду кйплей и окружающей средой рав- „ сутствии воздуха, по которой рассчина 4,83 К. Проведенный расчет позво-тывают тепловой поток, испускаемый

ляет установить, что коэффициент теп-каплей, ловой аккомодации на поверхности воды

равен 0,02..2. Способ по п. 1, отлича го- Применение предлагаемого способащи и с я тем, что нагрев капли осу- позволяет проводить измерение коэф- ществляют инфракрасным излучением.

Изобретение относится к экспериментальной технике физхимии поверхностей и предназначено для измерения коэффициента тепловой аккомодации. Целью изобретения является расширение области использования спо-. соба за счет измерения коэффициента на поверхности ж адкости. Исследуемая капля на стеклянной нити помещается в камеру, из которой откачан воздух. Расположенная на дне камеры кювета с той же жидкостью создает в камере насыщенные пары. Нагрев капли осущесу- вляется какими-либо источниками инфракрасного излучения, например, лампами накаливания, которые для равномерности нагрева освещают каплю с двух сторон. По измеренному равновесному размеру каПли определяют ее температуру. Затем аналогичным Образом измеряют температуру капли, нагреваемой в присутствии воздуха, по которой : рассчитывают тепловой поток, испускаемый каплей. Коэффициент рассчитывают по известной методике. 1 з.п. ф-лы. о « (Л