淬火和沸腾

1. 淬火试样的制作 (见附图, 图 1)

1. 切割小长度 (〜24毫米) 的9.53 毫米直径的铜杆。钻两个小孔 (直径1.6 毫米) 左右接近两端的杆。这些孔将是热电偶井。由于孔和热电偶相对较小, 我们可以假设它们对整体传热行为的影响极小。
2. 使用高温环氧树脂 (例如, JB 佳) 将高温热电偶探头贴在两个孔中。确保热电偶探头的尖端被压入铜样品的中心, 作为环氧树脂集。
3. 设置一个水容器作为淬火浴。将第三个参考热电偶插入到靠近样品淬火的地方。
4. 将三热电偶连接到数据采集系统。建立一个程序 (例如在 LabVIEW) 记录瞬态温度测量到一个电子表格。

图 1: 冷却水浴中仪表铜样品的照片. 加热铜样品.

2. 执行实验

1. 放置一个本生燃烧器或火锅旁边的淬火浴缸。点燃火焰
2. 从安全的保持距离, 逐渐温暖的样品在火焰 (〜50° c 建议第一个实验)。样品可由热电偶引线 (图 1b) 控制。
3. 开始将热电偶数据记录到文件中, 并将样品浸泡在淬火槽中。保持试样稳定, 使对流换热最小。一旦样品接近浴温, 停止记录温度数据。
4. 重复此步骤, 逐步提高初始取样温度 (最高可达300° c)。在100° c 以上的情况下, 观察样品淬火后的沸腾行为。

3. 数据分析

1. 对于记录的温度测量, 记录每一次的平均样品温度作为两个嵌入式热电偶读数的算术平均值。
2. 在每个记录的时间计算采样冷却速率j为 = (t_s,j+1-t_{, j})/(t_j+1-t_j) (值将为负数)。在这里, t_j是每次记录读取的时间。它可能有助于平滑这些冷却速率曲线通过执行一个运行平均2-3 读数窗口的样本。
3. 使用步骤3.2 中的冷却速率和测量的槽 (t_∞) 和采样温度 (T_s) 计算 Eqn 2 的实验传热系数h 。这些热传导系数与预测值的比较 (Eqn 4, 见结果)？
4. 对于初始温度低于100° c 的情况, 使用初始的实验温度测量和数值积分 Eqn 2 来预测冷却时间。使用 Eqn 4 预测每次对流系数。将此曲线与实测值进行比较。对于数值时间步长Δt (例如, 0.1 s), 温度可以集成为:
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