液体的莱顿弗罗斯特效应及贝纳德对流试验研究EXPERIMENTAL STUDY ON LEIDENFROST EFFECT AND BERNARD CONVECTION OF LIQUID
赵明伟,阎宇航,邓爽,朱世秋
摘要(Abstract):
本文介绍了作者于2015年11月在北京市大学生物理实验竞赛中获得一等奖的实验工作。通过自行设计的实验装置,演示了溶液的莱顿弗罗斯特现象,测量了溶液莱顿弗罗斯特点及其随溶液浓度的变化。当加热板表面有污渍,变得粗糙时,同样的溶液滴到表面,即使温度升高到莱顿弗罗斯特点之上,也不会产生莱顿弗罗斯特效应,说明加热板表面粗糙程度对溶液莱顿弗罗斯特效应有很大影响。当加热板表面光滑时,液滴体积的大小对莱顿弗罗斯特效应没有影响。还演示了连续介质的贝纳德对流现象,用二甲基硅油代替氯化钠溶液,滴到加热器皿里,当硅油层厚度达到一定值,上下表面的温差也达到一个临界值时,观察到贝纳德对流现象,测量了对流现象发生时硅油层的厚度及其上下表面温度差。通过设计并完成整个实验过程,学生系统地认识了液体的莱顿弗罗斯特效应及贝纳德对流,拓展了学生的视野,激发了学习兴趣,锻炼了学生的创新思维和动手能力。创新性实验教学在培养学生科学素养方面起着重要的作用。
关键词(KeyWords): 莱顿弗罗斯特点;溶液浓度;贝纳德对流;温度差;创新思维
基金项目(Foundation):
作者(Author): 赵明伟,阎宇航,邓爽,朱世秋
参考文献(References):
- [1]王宝和,李群.沸腾传热及核态沸腾的汽泡动力学研究简述[J].干燥技术与设备,2015,1(1):11-19.Wang Baohe,Li Qun.A brief outline of boiling heat transfer and bubble dynamics in nucleate boiling[J].Drying Technology&Equipment,2015,1(1):11-19.(in Chinese)
- [2]沈正祥,李金柱,吕中杰,等.高温球体与水的沸腾传热特性研究[J].北京理工大学学报,2013,33(05):445-449.Shen Zhengxiang,Li Jinzhu,Lv Zhongjie,et al.Research on the characters of boiling heat transferform high temperature sphere to water[J].Transactions of Beijing Institute of Technology,2013,33(05):445-449.(in Chinese)
- [3]胡军.薄膜沿加热平板下落的稳定性及其时空演化[D].合肥:中国科学技术大学,2004.Hu Jun.The stability of falling film along the heating plate and its Space-time evolution[D].He Fei:University of Science and Technology of China,2004.(in Chinese)
- [4]钟良才,尚德义,王补宣.液体膜态沸腾自然对流变物性影响[J].东北大学学报,1994,15(1):98-103.Zhong Liangcai,Shang Deyi,Wang Buxuan.Effect of variable thermo-physical properties on film boiling of liquid[J].Journal of Northeastern University.1994,15(1):98-103.(in Chinese)
- [5]张芳瑀.水滴在高温锯齿上爬坡之物理机制探讨,140036[R].台北:台湾国际科学展览会,2012.Zhang Fangyu.Study of Physical Mechanism on water droplets climbing up on hot zigzag surface,140036[R].Tai Bei:Taiwan International Science Fair,2012.(in Chinese)
- [6]齐锦刚,高勇,赵作福,等.贝纳德对流产生的温差条件[J].计算物理,2014,31(6):675-680.Qi Jingang,Gao Yong,Zhao Zuofu,et al.Temperature Conditions of Bénard Convection[J].Chinese Journal of Computational Physics,2014,31(6):675-680.(in Chinese)
- [7]海彦合,孟泉水.贝纳德效应在地震预报中的应用[J].地震研究,1999,22(4):349-356.Hai Yanhe,Meng Quanshui.Application of Benard Effect in Earthquake Prediction[J].Journal of Seismological Research,1999,22(4):349-356.(in Chinese)
- [8]《合成润滑材料》编辑部.几类硅油的性能参数[J].合成润滑材料,1994(1):48.Editorial Department of“Synthetic Lubricating Material”.Function Parameters of several Silicone Oils[J].Synthetic lubricating materials,1994,1:48.(in Chinese)