способ определения охлаждающей способности жидкой среды и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ определения охлаждающей способности жидкой среды, включающий погружение в нее термозонда из коррозионно-стойкого металла в виде шарика с ножкой, нагретого, например, до температуры закалки, и измерение температуры термозонда, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности с использованием в качестве дополнительной характеристики электропроводности жидкой среды, измеряют модуль комплексной электропроводности жидкой среды и его зависимость от температуры термозонда.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что модуль комплексной электропроводности жидкой среды измеряют в окрестностях поверхности шарика термозонда.

3. Устройство для определения охлаждающей способности жидкой среды, содержащее термозонд в виде шарика с ножкой, выполненных из коррозионно-стойкого металла, с размещенным в центре шарика спаем термопары, отличающееся тем, что ножка помещена в соосную ей тонкостенную защитную металлическую трубку, выполненную из корозионно-стойкого металла, диаметр этой трубки в 1,4 1,7 раза превышает диаметр ножки, трубка образует вокруг ножки кольцевую щель, герметически закрытую сверху, где ножка и трубка жестко соединены друг с другом, и открытую снизу, со стороны шарика, где зазор между срезом трубки и поверхностью шарика равен 1 3 мм, шарик в рабочем положении зафиксирован внутри кольцевого электрода, соосного с шариком в его экваториальной плоскости, а зазор между поверхностью шарика и электродом превышает толщину парового слоя, окружающего шарик на стадии пленочного кипения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии термической обработки металлов, точнее к способам определения охлаждающей способности жидких сред и к устройствам для определения такой способности, точнее, к способу и устройству для контроля процессов, проходящих в жидких электропроводящих закалочных средах, в частности в закалочных средах на основе водных растворов полимеров при воздействии таких сред на металлическое изделие при термообработке.

Изобретение может найтии широкое использование для контроля работоспособности закалочных ванн в технологических процессах закалки металлов, для оценки эксплуатационных свойств сополимеров, используемых в качестве основы для создания закалочных сред, а также в учебном процессе на кафедрах термической обработки металлов высших и средних технических учебных заведений.

В принципе, при охлаждении раскаленного металлического изделия путем погружения в водную среду различают следующие стадии процесса, сменяющие друг друга по мере снижения температуры: пленочное кипение, пузырьковое кипение и конвективный теплообмен. Резкий переход от пленочного к пузырьковому кипению при снижении температуры металла принято называть вторым кризисом кипения. Температура второго кризиса кипения является важной характеристикой жидкости. Наиболее интенсивное охлаждение характерно для стадии пузырькового кипения. Реально при охлаждении тела сложной несферической формы картина смены стадий процесса усложняется. Это связано с тем, что условия охлаждения в разных точках поверхности тела различны. В соответствии с современным уровнем знаний, процесс охлаждения тела сложной формы может быть представлен в следующем виде:

1. Пленочное кипение на всей поверхности. Раскаленное тело находится внутри парового пузыря, вдоль наружной границы которого движутся конвективные потоки жидкости. Толщина паровой пленки лежит в пределах 0,5-1,5 мм.

2. По истечении какого-то времени, в наиболее интенсивно охлаждающихся точках изделия (тонкие выступы, ребра, кромки и нижняя поверхность, обтекаемая конвективным потоком наиболее холодной жидкости) формируется фронт или несколько фронтов перехода от пленочного к пузырьковому кипению. Локальный переход к пузырьковому кипению еще более интенсифицирует охлаждение данных участков поверхности и вызывает продвижение фронта в сторону поверхности с более высокой температурой. Площадь поверхности изделия, интенсивно охлаждающаяся жидкостью, кипящей в пузырьковом режиме, непрерывно растет.

3. При дальнейшем снижении температуры отдельных участков поверхности изделия формируется второй фронт фронт перехода от пузырькового кипения к конвективному теплообмену, также постепенно перемещающийся по образцу.

4. Процесс охлаждения заканчивается в условиях, когда переход к конвективному теплообмену завершился на всей поверхности изделия.

Существующие жидкие закалочные среды характеризуются различными температурами и продолжительностями каждой из этих стадий процесса охлаждения закаливаемого объекта.

В настоящее время не известны способ и устройство для определения охлаждающей способности жидких сред в нестационарных условиях охлаждения, характерных для процесса закалки, которые позволяли бы определить охлаждующую способность на всех индивидуальных стадиях процесса т.е. при пленочном и пузырьковом кипении, а затем при конвективном теплообмене.

Это связано с тем, что на известных термозондах, предназначенных для исследования охлаждения в нестационарных условиях, моделирующих условия закалки, охлаждение протекает так, как это описано выше, т.е. различные стадии процесса пленочное и пузырьковое кипение и конвективный теплообмен на сменяют друг друга последовательно, а могут сосуществовать на различных участках поверхности термозонда.

Общепринятый способ определения охлаждающей способности закалочных сред состоит в непрерывной регистрации снижения температуры в центре нагретого модельного образца (термозонда), погруженного в исследуемую жидкую среду [1]

В качестве рабочей части термозонда используют металлический шарик диаметром 4-50 мм или цилиндр диаметром 10-50 мм (при отношении высоты к диаметру от 2: 1 до 10: 1). Шарик или цилиндр имеют трубчатую ножку диаметром 0,1-0,5 от диаметра термозонда. С помощью этой ножки термозонд переносят из нагревательной печи в исследуемую жидкость. В геометрическом центре рабочей части помещается спай термопары, электроды которой через трубчатую ножку соединены с прибором измерения температуры.

Термозонд изготавливают из серебра, никеля, нержавеющей стали или жаростойких сплавов типа Инконель-600.

Существенным недостатком известной конструкции термозонда является ускоренное охлаждение ножки и кромок (для термозондов цилиндрической формы), т.е. неравномерное охлаждение различных участков его поверхности. Особенности процесса охлаждения цилиндрического зонда известной конструкции иллюстрируются фиг. 1. Представленная на фиг.1 картина в целом совпадает с общей картиной, описанной выше. Следует отметить лишь ряд конкретных деталей. Так, на стадии пленочного кипения на всей поверхности зонда паровой пузырь связан с атмосферой кольцевой паровой трубкой, охватывающей ножку. По этой трубке идет выброс пара в атмосферу, что увеличивает потери тепла на начальной стадии процесса и несколько замедляет охлаждение ножки (фиг.1, а). Наиболее быстро охлаждающейся частью зонда является трубчатая ножка. Именно здесь пленочное кипение прекращается раньше всего. Столь же непродолжительная и стадия пузырькового кипения на ножке термозонда. Таким образом, местом формирования фронта перехода от одной стадии охлаждения к другой является место стыка ножки с рабочей частью (фиг.1, б и в) [2] Низкая теплопроводность металла термозонда (сталь или никель) способствует стабилизации парового пузыря вокруг рабочей части зонда. Высокая теплопроводность (серебряный термозонд), наоборот, приводит к уменьшению длительности пленочного кипения на рабочей части из-за сильного теплоотвода по ножке, охлаждаемой жидкой средой. Второй фронт перехода от пленочного к пузырьковому кипению формируется на нижних кромках и дне цилиндра, интенсивно охлаждающихся конвективным потоком более холодной, недогретой жидкости. Возникновение и движение фронтов перехода вызывает неравномерное охлаждение различных участков термозонда.

Понятно, что температура, измеряемая центральной термопарой, для известного зонда определяется совокупностью всех процессов, одновременно разыгрывающихся на его поверхности. По этой причине получаемая в ходе опытов информация ограничивается зависимостью, описывающей снижение температуры в центре термозонда от времени, которая позволяет лишь качественно судить об изменении фазового состояния среды, окружающей зонд. В частности, переход от пленочного к пузырьковому кипению, зарегистрированный с помощью известного зонда, выглядит плавным. Это приводит к ошибочному выделению его в самостоятельную, "переходную" стадию процесса [3] и препятствует определению температуры второго кризиса кипения.

Итак, недостатком известного способа определения охлаждающей способности, в значительной степени связанным с недостатками конструкции термозонда, является невозможность определения охлаждающих свойств жидкости на всех стадиях процесса охлаждения и корректного измерения температуры второго кризиса кипения.

Цель предлагаемого изобретения измерение охлаждающих свойств жидкости на всех стадиях нестационарного процесса охлаждения, а именно, при пленочном и пузырьковом кипении и конвективном теплообмене, с одновременной регистрацией температур смены различных стадий процесса и фазового состояния охлаждающей среды (парожидкостной смеси) в слое, прилегающем к поверхности термозонда.

Поставленная цель достигается, прежде всего, конструкцией устройства, включающего в себя термозонд и кольцевой электрод, представленной на фиг. 2.

Термозонд из коррозионностойкого металла выполнен в виде шарика 1 с трубчатой ножкой 2, наружный диаметр которой обеспечивает ее прочность и жесткость под действием веса шарика, вплоть до максимальных температур нагрева, например, 750^оС, и позволяет вывести к измерительному прибору электроды термопары. Длина ножки 2,3-2,7 диаметра шарика.

На верхней части ножки жестко и герметично закреплена соосная ей тонкостенная защитная металлическая трубка 3, образующая совместно с ножкой протяженную кольцевую щель, герметически закрытую сверху и открытую снизу, со стороны шарика. Диаметр защитной трубки равен 1,4-1,7 диаметра ножки шарика. Между нижним концом защитной трубки и поверхностью шарика имеется зазор шириной 1-3 мм, т.е. равный или несколько превышающий толщину парового слоя, окружающего шарик на стадии пленочного кипения.

В центре шарика 1 размещен спай термопары 4, электроды которой выведены к измерительному устройству через канал по оси ножки. В рабочем положении жестко закрепленный шарик 1 находится внутри горизонтального кольцевого электрода 5 так, что последний располагается концентрически шарику в его экваториальной плоскости. Зазор между электродом и шариком превышает толщину парового слоя, окружающего шарик на стадии пленочного кипения, т.е. внутренний диаметр электрода превышает диаметр шарика не менее, чем на 3 мм.

Поставленная цель достигается также способом определения охлаждающей способности жидких сред, который характеризуется следующей совокупностью существенных признаков:

термозонд нагревают до температур, используемых при закалке металлов;

нагретый термозонд охлаждают в исследуемой жидкой среде;

проводят регистрацию изменения во времени температуры в центре термозонда и модуля комплексной электропроводности в зазоре между поверхностью термозонда и кольцевым электродом;

определяют временные зависимости во-первых, температуры в центре шарика и, во-вторых, модуля комплексной электропроводности слоя пара, парожидкостной смеси или жидкости, в-третьих, зависимость модуля комплексной электропроводности от температуры в центре термозонда.

Отличительными признаками предложенного устройства являются:

наличие тонкослойной металлической трубки 3, внутри которой в верхней ее части жестко, герметично и соосно с ней закреплена ножка 2;

трубка 3 имеет диаметр, равный 1,4-1,7 диаметра ножки, таким образом, чтобы между ножкой и защитной трубкой образовалась протяженная кольцевая щель, герметически сверху закрытая и открытая снизу, со стороны шарика. Между трубкой и поверхностью шарика имеется зазор 1 3 мм;

шарик 1 в рабочем положении находится внутри кольцевого электрода 5, расположенного концентрически в экваториальной плоскости шарика. Зазор между шариком и электродом превышает толщину парового слоя.

Анализ известного уровня науки и техники показал существование устройства и способа определения второго кризиса кипения в стационарных условиях методом парящей капли [4] Метод парящей капли не позволяет определить охлаждающие свойства исследуемой жидкости. Способ реализован путем измерения электропроводности на постоянном токе в зазоре, равном 1,5 мм между нагреваемым металлическим диском и электродом, выполненным из 24 игл, расположенных в узлах прямоугольной решетки с 5х3 ячейками.

Температура второго кризиса приравнивается к температуре диска, при которой возникает электропроводность между диском и игольчатым электродом.

Отличительными признаками предложенного способа являются 3 и 4 из вышеперечисленных существенных признаков способа.

Анализ известного уровня науки и техники показал новизну этих отличительных признаков, что придает соответствие предложенного способа критерию "существенные отличия" и "новизна".

Для предложенного устройства все перечисленные выше отличительные признаки являются новыми, ранее неизвестными из уровня науки и техники.

Это придает соответствие предложенного устройства критерию "существенные отличия" и "новизна".

Оба предложенных объекта, устройство и способ, объединены общим изобретательским замыслом, направленным на достижение поставленной цели.

На фиг. 1 представлена схема последовательной смены различных стадий кипения для цилиндрического зонда известной конструкции; на фиг.2 общий вид предложенного устройства; на фиг.3 блок-схема измерения электропроводности.

Схема включает в себя генератор переменного тока звуковой частоты 6, термостатируемую измерительную кювету 7, нелинейный измерительный элемент 8, усилитель 9, детектор 10 и регистратор 11.

На фиг.4 представлена схема нелинейного преобразователя (линейно-логарифмический элемент), использованного при практическом исполнении предложенного устройства; на фиг.5 изменение формы парового пузыря, охватывающего рабочую часть термозонда с защитной трубкой; а начальная стадия пленочного кипения, б вид паровой рубашки перед разрушением и переходом к пузырьковому кипению. Стрелками показано направление конвективных потоков.

На фиг.6 представлена осредненная кривая (1) охлаждения термозонда предлагаемой конструкции и кривая (2) охлаждения термозонда известной конструкции, серебряный шарик тех же размеров в воде при 60^оС; на фиг.7 зависимость модуля комплексной электропроводности от времени, при охлаждении термозонда дистиллированной водой с температурой 60^оС. Шкала емкостей отвечает участкам I и II, шкала электропроводностей участкам III VI (линейно-логарифмическое преобразование сигнала).

На фиг.8 и 9 представлены зависимости модуля комплексной электропроводности от температуры термозонда. Стрелкой отмечена начальная температура зонда. Сигнал линеен по электропроводности.

Фиг.8 дистиллированная вода, 60^oС, температура среды показана вертикальной штриховой линией. Различия в ходе кривых 1 и 2 отражают реальные различия в ходе процесса. Фиг. 9 пример колебательного процесса разрушения паровой рубашки (дистиллированная вода, 60^оС). Кривая 2 вода, 86^оС.

П р и м е р. Термозонд изготовлен в виде серебряного шарика диаметром 20 мм, диаметр ножки 6 мм, длина ножки 46 мм. Ножка герметически закреплена в тонкостенной защитной трубке на одной с ней оси. Внутренний диаметр защитной трубки 8 мм, наружный 9 мм.

В центре шарика помещен спай термопары марки ХА, позволяющий измерять температуру в интервале 20-900^оС с точностью 2^оС.

Электрод из сплава титана и циркония имеет внутренний диаметр 25 мм и прямоугольное сечение размером 0,5х0,7 мм² (ширина и высота). Зазор между шариком и электродом составляет 2,5 мм.

Рабочая кювета для исследуемой жидкости прямоугольная, размером 80х80х103 мм³ (емкость 660 мл). Глубина погружения центра шарика 40 мм. Скорость погружения 200 мм/с. Начальная температура термозонда 750^оС. Температура жидкой среды дистиллированной воды 60^оС и 86^оС. Точность регулирования температуры жидкой среды 0,2^оС.

Электропроводность измеряли в помощью устройства, блок-схема которого представлена на фиг.3. В практической схеме использованы: генератор Г3-107, усилитель У4-28, детектор-мостовой, двухполупериодный, регистратор самописец Н 306.

В качестве нелинейного измерительного элемента использовано устройство (фиг. 4) с линейно-логарифмическим преобразованием сигнала: R₀=100 кОм, R₁"= 6,2 кОм, R₁""=13 кОм, R₂=100 кОм. Диоды Д₁-Д₄ типа Д 220. Частота f=10 кГц, напряжение на выходе генератора 2,5 В, усиление усилителя 10 дб.

При регистрации сигнала, линейного по электропроводности (Вк 1 замкнут) R₂= 7 Ом, напряжение на выходе генератора 7,5 В, частота f=3,5 кГц, усиление 30 дб.

На стадии пленочного кипения описанная схема позволяет получать информацию о емкостной проводимости сферического конденсатора, одна обкладка которого образована шариком, а вторая пленкой электропроводящей перегретой жидкости, окружающей паровой пузырь. Электрический контакт между этой обкладкой и электродом осуществляется через толщу жидкости. На стадиях пузырькового кипения и конвективного теплообмена измеряется электропроводность за счет ионных токов через жидкую среду. При погружении раскаленного термозонда в исследуемую жидкую среду на поверхности шарика развивается пленочное кипение. Форма парового пузыря и ее изменение в процессе охлаждения показаны на фиг. 5, где на фиг.5,а показана начальная стадия пленочного кипения, на фиг. 5, б вид паровой рубашки перед разрушением и переходом к пузырьковому кипению. Максимальная толщина слоя пара приблизительно 1 мм.

Как и ожидалось, защитная трубка 3, благодаря малой толщине, охлаждается очень быстро, через долю секунды кипение на ее поверхности прекращается. После этого паровой пузырь, окружающий шарик, оказывается изолированным от атмосферы. Поступление жидкости в кольцевой зазор между защитной трубкой и ножкой предотвращается противодавлением заполняющей его паровоздушной смеси. Вследствие этого, на стадии пленочного кипения контакта между жидкой средой и ножкой нет, и охлаждение ножки резко замедляется.

Переход к пузырьковому кипению определяется лишь температурой сферической части термозонда. Об этом свидетельствует резкий взрывообразный характер разрушения парового пузыря в момент перехода к стадии разрушения кипения, которая наступает при температуре жидкости 60^оС в среднем через 21 с.

На фиг. 6 представлена осредненная кривая охлаждения заявляемого термозонда в дистиллированной воде с исходной температурой 60^оС и кривая охлаждения термозонда-прототипа тех же размеров.

Сопоставление кривых показывает, что в предложенной конструкции длительность первой стадии пленочного кипения в среднем равна 21 с, в то время как для зонда прототипа длительность первой стадии не более 1 с.

Столь большая разница во времени жизни паровой рубашки для зондов известной и предлагаемой конструкции связана с тем, что изменение конструкции привело к смене механизма разрушения паровой пленки. Для зонда известной конструкции, как уже говорилось, это зарождение фронтов перехода на "холодных" участках поверхности и затем продвижение сформировавшихся фронтов по всей поверхности. Для зонда предлагаемой конструкции разрушение паровой пленки определяется лишь температурой его рабочей сферической части и происходит практически одновременно по всей поверхности шарика. Различные стадии процесса охлаждения разнесены во времени и, по мере снижения температуры, последовательно сменяют друг друга.

Использование термозондов известной конструкции не позволяет правильно судить о действительной стабильности паровой рубашки.

Наоборот, применение предлагаемого термозонда позволяет выделить процесс пленочного кипения в самостоятельную стадию и, как следствие этого, получить правдоподобную оценку температуры второго кризиса кипения 330-340^оС для воды при 60^оС, против приблизительно 700^оС, по данным кривой 2 на фиг.6, для термозонда известной конструкции.

Анализ кривой зависимости модуля комплексной электропроводности от времени (фиг. 7) позволяет получить полную картину смены различных стадий процесса охлаждения. Участок I соответствует моменту завершения формирования парового пузыря приблизительно равновесной толщины. Затем следует участок II, отвечающий времени существования стабильной паровой рубашки, в ходе которого емкость парового конденсатора увеличивается от 132 до 347 пФ. По мере развития процесса пленочного кипения колебания емкости, отражающие колебания поверхности парового пузыря, вызванные поверхностными волнами, постепенно затухают. К моменту разрушения паровой рубашки поверхность ее практически успокаивается.

Количественная оценка изменения толщины паровой пленки по значениям емкости в настоящее время невозможна в связи с отсутствием данных о диэлектрической проницаемости паро-воздушной смеси, заполняющей конденсатор. Нет также сведений о том, как меняется диэлектрическая проницаемость пара по мере его остывания. Грубые оценки показывают, что изменением диэлектрической проницаемости паро-воздушной смеси в ходе пленочного кипения при расчетах толщины паровой пленки, к сожалению, пренебречь нельзя.

По завершении стадии пленочного кипения происходит резкий, взрывообразный переход к пузырьковому кипению. Зависимость электропроводности от времени претерпевает резкий излом, имеет место скачок электропроводности, сопровождающийся изменением характера электрического тока (участок III). Развитие кипения жидкости приводит к росту паросодержания вблизи поверхности термозонда и вызывает падение электропроводности (участок IV). Прекращение кипения, уход и схлопывание пузырей (участок V) завершаются переходом к конвективному теплообмену, что вызывает дальнейший рост электропроводности (участок VI). Суммарная длительность пузырькового кипения (участки III-V) невелика, не превышает 1 с. Изменения электропроводности на стадии конвективного теплообмена невелики (участок VI). Как показывают наблюдения, незначительные колебания электропроводности на этой стадии чаще всего связаны с пузырьковым кипением жидкости в зазоре между ножкой и защитной трубкой и не несут полезной информации.

Весьма информативными оказываются зависимости электропроводности от температуры термозонда. Характерные зависимости для случая охлаждения термозонда дистиллированной водой с температурой 60 и 86^оС приведены на фиг.8 и 9. В отличие от данных фиг. 7, здесь использована схема измерения, линейная по электропроводности. Для линейной схемы значения емкостной проводимости оказываются слишком низкими и схемой не регистрируются. Измеримые значения тока появляются лишь при возникновении контактов между жидкостью и поверхностью шарика. На кривой зависимости электропроводности от температуры можно выделить следующие участки (фиг.8): I пленочное кипение, II потеря устойчивости паровой пленки и соприкосновение жидкости с поверхностью шарика. Этот процесс идет весьма резко и не приводит к ощутимому падению температуры центра термозонда. Вскипание жидкости, соприкоснувшейся с поверхностью шарика, может произойти сразу (кривая 1) или через какое-то, весьма малое время (кривая 2), оттеснить жидкость от поверхности, что отражается в снижении электропроводности. Иногда процесс принимает колебательный характер (фиг.9, кривая 1).

Взаимодействие жидкости с поверхностью шарика ведет к его охлаждению и, как следствие, к дальнейшему увеличению площади контакта (участок III, фиг. 8). Рост площади контакта приводит к интенсивному вскипанию жидкости, росту паросодержания и оттеснению воды от поверхности термозонда (участок IV). После снижения температуры до 200^оС процессе кипения идет на убыль, паросодержание падает, электропроводность растет (участок V). Происходит переход к конвективному теплообмену (участок VI).

Увеличение температуры охлаждающей воды до 86^оС (фиг.8, кривая 2) ведет к снижению температуры второго кризиса кипения и вырождению II и III участков, связанных с развитием процесса пузырькового кипения.

Анализ зависимостей модуля электропроводности от температуры позволяет указать ряд температур, отвечающих смене режима охлаждения. Во-первых, это температура второго кризиса кипения. Она устанавливается весьма точно по моменту резкого скачка электропроводности и переходу от емкостной проводимости к ионному току через жидкость, контактирующую с поверхностью металла (стрелка А). Во-первых, температура, равная для воды при 60^оС приблизительно 250^оС и отвечающая полному разрушению паровой пленки и началу интенсивного пузырькового кипения (стрелка Б). В-третьих, это температура завершения интенсивного пузырькового кипения и начала перехода к конвективному теплообмену. Она равна для воды при 60 и 86^оС приблизительно 200^оС (стрелка В).

Итак, регистрация модуля комплексной электропроводности в ходе охлаждения термозонда предложенной конструкции позволяет получить детальную информацию о процессе. В зависимости от структуры измерительной схемы, можно с большей или меньшей чувствительностью зарегистрировать целый ряд этапов процесса, ускользающих от внимания при использовании известных устройств и способов определения охлаждающей способности. Зависимости электропроводности от времени и температуры позволяют с высокой точностью установить температуры и времена смены всех этапов процесса охлаждения, в том числе, фундаментальную характеристику процесса охлаждения температуру второго кризиса кипения. Ход этих кривых позволяет качественно судить о фазовом составе среды вблизи термозонда и о связанности областей пространства, занятых паровой фазой. По результатам измерений электропроводности можно установить изменение интегральных параметров паровой пленки, являющихся функцией ее толщины, плотности и средней температуры пара, и выделить все стадии процесса кипения.

Детальный анализ процесса кипения по данным электропроводности позволит достичь лучшего понимания работы закалочных сред на водной основе и вести целенаправленную разработку новых эффективных сред различного назначения.

Возможен расчет такой важной характеристики процесса охлаждения, как зависимость коэффициента теплоотдачи от температуры термозонда (для предлагаемого способа производится также, как и при обработке результатов измерений, полученных известными способами [5]

Выбор соотношений между размерами элементов предложенного устройства определяется следующими соображениями.

1. Размеры термозонда и соотношения между размерами его элементов не имеют принципиального значения. Поэтому, при конкретизации формы и размеров термозонда следует руководствоваться сложившейся практикой. Наибольшее распространение имеют два типа зондов стальной цилиндрический термозонд по рекомендации МОТОМ ( 15, длина 60 мм или 50, длина 200 мм) или сферический серебряный термозонд с шариком 20 мм и ножкой d=6 мм. Именно такие размеры сферы и использованы нами в примерах практической реализации предлагаемого изобретения.

2. Выбор отношений диаметров ножки термозонда d и защитной трубки D в пределах 1,4-1,7 имеет следующее обоснование. Рост диаметра защитной трубки ведет к увеличению объема воздуха в зазоре между трубкой и ножкой термозонда. Охлаждение наружной поверхности защитной трубки после погружения термозонда в жидкость вызывает охлаждение этого воздуха и уменьшение его объема. Как следствие, в зазор между трубкой и ножкой зонда втягивается пар. Охлаждение и конденсация пара на внутренних стенках защитной трубки, ведущая к дальнейшему падению объема паровоздушной смеси, обеспечивает непрерывное поступление новых порций пара в зазор и рост толщины слоя конденсата. Объемы пара, поступающего в зазор, растут пропорционально объему воздушного зазора между ножкой термозонда и защитной трубкой.

Таким образом, рост диаметра защитной трубки ведет к интенсификации процесса охлаждения ножки поступающим в зазор паром, что приводит к росту Т* кажущейся температуры второго кризиса кипения.

Данные о зависимости Т* от отношения D/d при ширине зазора между нижним краем защитной трубки и поверхностью шарика равной 1 мм приведены в табл.1. Уменьшение отношения D/d ниже 1,4 (например, 1,3) нецелесообразно, так как вследствие коробления деталей зонда после многократных закалок (испытаний) резко возрастает вероятность появления механического контакта между защитной трубкой и ножкой термозонда и потеря его работоспособности. Наинизшие значения Т*, соответствующие наибольшей стабильности паровой рубашки, отвечают D/d=1,4-1,7.

3. Данные о влиянии ширины зазора между нижним краем защитной трубки и поверхностью шарика на стабильность паровой пленки приведены в табл.2. В качестве параметра, характеризующего стабильность паровой пленки, снова взята кажущаяся температура второго кризиса кипения. Данные табл.2 показывают, что при величине зазора в пределах 1-3 мм имеют место наинизшие и практически постоянные значения Т*=320-340^оС. Дальнейшее уменьшение зазора до 0,5 мм ведет к некоторому возрастанию Т*, что связано с ростом вероятности контакта пара, конденсирующегося на внутренней поверхности защитной трубки с поверхностью шарика, что ведет к срыву процесса пленочного кипения.

4. Представленные выше данные являются обоснованием выбора соотношений между размерами элементов термозонда D/d=1,4-1,7; зазор между нижней кромкой защитной трубки и поверхностью рабочей части термозонда 1-3 мм.

5. Внутренний диаметр кольцевого электрода должен превышать максимальный диаметр паровой рубашки, охватывающей шарик на стадии пленочного кипения. Значительное увеличение диаметра электрода (в 10-20 раз) ведет лишь к небольшому снижению чувствительности снижение электропроводности на стадии конвективного теплообмена. В принципе, электрод может быть даже совмещен со стенками кюветы.