[實用新型]膜沸騰與自推進演示儀

無效

• 申請號: 200720130978.5
• 申請日: 2007-12-14
• 公開（公告）號: CN201174181Y
• 公開（公告）日: 2008-12-31
• 發明（設計）人: 徐寧;徐斌;嚴亮;潘永華
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G09B23/06
• 分類號: G09B23/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本實用新型涉及一種教學和科研上使用的模擬演示裝置，具體的說是一種膜沸騰與自推進現象的模擬演示裝置。

背景技術

日常生活中，我們經常可以觀察到在炒菜時水滴濺到燒熱的鐵鍋上會產生激烈的跳躍并且伴隨發出嘶嘶聲，液氮倒在地面上會聚集成液滴四處流動；工業生產中，鋼鐵鑄件淬火時也會發出聲音，并且伴隨著表面的激烈反應。這些現象之中都涉及到了膜沸騰現象---一種區別于燒開水時常見的器皿內所產生的池內核沸騰的特殊沸騰。

膜沸騰是一種發生在高溫表面上的特殊的沸騰現象。其發現最早要追溯到1756年J.G.Leidenfrost從實驗中觀察到的所謂“Leidenfrost現象”，亦即高溫表面與液滴在接觸瞬間產生了一層過熱的蒸汽膜起到熱絕緣的作用，以致沸液與壁面之間要依靠高溫差傳熱，從而使液滴懸浮而減慢蒸發的現象。這種膜沸騰傳熱產生一個必要條件是的表面溫度要超過液體的“Leidenfrost溫度”(簡稱LT)，通常遠高于液體的沸點(如水的LT實驗室環境下大約在300攝氏度左右)。

當溫度高于沸點而小于LT時，則發生膜沸騰與核沸騰的混合現象---不完全膜沸騰。由于液滴與高溫表面未被蒸汽完全隔開，其相互接觸處會產生核沸騰，導致這時的現象較之完全膜沸騰非常不穩定，亦即上面提到的液滴跳躍與嘶嘶聲的由來。

2006年H.Link等人在發表于Phy.Rew.Lett的論文中提出利用表面不對稱的溝道結構引起已達到膜沸騰狀態的液滴自發推進的想法。

發明內容

發明目的：本實用新型的目的是提供一種膜沸騰與自推進演示儀，能夠在室溫下獲得穩定的膜沸騰現象，并且通過與蒸汽膜相關的現象間接直觀的展示此現象的核心——稀薄蒸汽膜的存在與性質。

技術方案：本實用新型的膜沸騰與自推進演示裝置，包括襯底鐵板、置于襯底鐵板上的四個光學基座、光學基座頂部水平放置的隔熱板，隔熱板上依次疊加的加熱板和銅板；銅板通過交流換向器加熱，并通過溫控加熱儀保持溫度穩定；銅板的上表面設置有鋸齒溝道區域和平面區域。

其中，所述的銅板優選H62銅材，其厚度優選5mm。銅板的厚度可以保證高溫下不易變形。

其中，銅板上表面沿長度方向，將銅板上表面分為長度相同、寬度相同或不同的鋸齒溝道區域和平面區域。

其中，所述鋸齒溝道區域中的鋸齒，沿銅板長度方向的縱向剖面為一條直角邊與銅板表面垂直的直角三角形。與銅板垂直的直角邊優選0.3mm，另一直角邊優選1.5mm。這種鋸齒形狀可以保證液滴自推進現象較為明顯，平均可達5cm/s。

其中，四個光學基座通過磁石固定在襯底鐵板上。

其中，銅板通過調節光學基座底部的螺栓保持水平。

其中，上述膜沸騰與自推進演示裝置還可包括一個無頂的有機玻璃罩，有機玻璃罩可扣在銅板、加熱板和隔熱板之外，襯底鐵板之上。有機玻璃罩可以保證操作過程中不誤觸電路與高溫板。

有益效果：本實用新型的膜沸騰與自推進演示儀具有以下優點：

1、通過較大功率加熱裝置可使銅板在室溫條件下短時間(約15分鐘)內達到試驗溫度(200攝氏度以上)，從而使用易獲得的液體(自來水、酒精等)便可獲得穩定的膜沸騰現象；

2、表面銅板分為兩區域，實驗中，同時滴液滴于平面和溝道表面上，平面液滴靜止，溝道液滴沿銅板長軸方向自推進運動，形成鮮明對比，從而避免了水平顯示裝置(水平儀等)不耐高溫，較易損壞的缺點，另外，通過光學基座可使平面部分有一小的傾角，則水平面上液滴因重力下滑，而溝道表面液滴能夠爬上小坡，兩液滴反方向運動，現象更加明顯；

3、另設計了采用飽和肥皂水溶液作實驗液體，肥皂水的表面張力系數約為純水的一半，當表面上液滴較大時，蒸汽膜的逸出氣體將聚集在中心處形成大肥皂泡，清楚地展現了蒸汽膜的存在，彌補了其不易直接觀測的缺點，同時肥皂液滴蒸發后的表面殘留物較易清洗，避免了其他溶液與銅表面反應而損害實驗表面的缺點；

4、襯底鐵板上設計了有機玻璃保護罩，避免實驗操作過程中誤觸高溫部分，保證演示安全。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖。

圖2為銅板上表面示意圖。

圖3為鋸齒溝道區域中的鋸齒示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本實用新型做進一步說明。