【清华大学】膜态沸腾相变换热教学实验台

【膜态沸腾相变换热教学实验台】

　　功能/作用介绍：

　　本实验台的研制思路是从莱顿弗罗斯特膜态沸腾研究现象中拓展出来，莱顿弗罗斯特给出了进行稳定膜态沸腾所需之最低温度。但当铁板到达莱顿弗罗斯特点(Leidenfrost point)时，水便会产生莱顿弗罗斯特现象。水珠会在铁板四处滚动，并缓慢地逐渐蒸发，反而令水珠可以存在更久。在莱顿弗罗斯特现象下，水珠中跟铁板接触的部分会迅速沸腾形成水蒸气，与此同时水珠尚保持液体的状态，由于水蒸气的传热比液体水慢得多，蒸气层阻隔水直接接触滚烫铁板并大大降低水滴沸腾蒸发的速度。

　　本实验台得到以下实验目的：

　　1.观察水的膜态沸腾现象;

　　2.了解并观察水的莱顿弗罗斯特(Leidenfrost)现象;

　　3.绘制液滴莱顿弗罗斯特现象寿命曲线图。

　　实验装置分为加热系统、滴水管升降系统和数据采集控制系统。由加热器、滴水盘、锯齿跑道等组成加热系统;由自动升降杆、角度调节盘、滴水管等组成滴水管升降系统;由温度传感器、触摸屏、PLC及数据采集后处理软件组成的数据采集控制系统。

　　本实验台能够充分的显示水的膜态沸腾现象，并通过不同的滴液高度，不同的液滴大小，以及不同的加热表面，生动形象的表现此物理现象，使得学生能够快乐、深刻地记忆膜态沸腾的现象和产生的机理。

　　当平面金属板换成了锯齿形表面的金属板，水珠不再向各个方向跳来跳去了，而是基本选择一个方向跳动，这个水滴还能够顺着这种“楼梯”向上爬，学生感官效果很好。学生可根据该原理进行不同的轨道设计，将相变换热与动态水珠运动结合，给学生很多的想象空间和研究空间。

　　研究型实验设计内容：

　　1. 精确的温度控制，通过改变加热温度和工质，可以研究不同工质的莱顿罗斯特温度点;

　　2. 通过智能控制改变滴液管的高度，研究不同高度下液滴落在加热表面的破裂特性;

　　3. 改变液滴的大小，研究不同大小的液滴在膜态沸腾时寿命;

　　4. 设定特定的锯齿轨道，研究液滴运动规律与温度的关系;