способ определения коэффициента сублимации твердого вещества
Классы МПК: | G01N25/02 исследование фазовых изменений; исследование процесса спекания G01N25/14 с помощью перегонки, экстрагирования, возгонки, конденсации, замораживания или кристаллизации |
Автор(ы): | Бутковский А.В. |
Патентообладатель(и): | Центральный аэрогидродинамический институт им.проф. Н.Е.Жуковского |
Приоритеты: |
подача заявки:
1992-09-21 публикация патента:
27.06.1996 |
Использование: изобретение относится к области экспериментальной физики и позволяет повысить точность определения коэффициента конденсации льда и других твердых веществ с высоким давлением насыщенных паров при температуре плавления. Сущность изобретения: предлагаемый способ заключается в том, что воздействуют на поверхность вещества, находящегося в вакууме, лазерным излучением с плавно возрастающей мощностью, измеряют давлением отдачи струи пара и определяют по нему коэффициент сублимации вещества в момент начала плавления. 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
Способ определения коэффициента сублимации твердого вещества, включающий воздействие на поверхность вещества, находящегося в вакууме, лазерным излучением с плавно возрастающей мощностью, измерение давления отдачи струи пара и определения по нему коэффициента сублимации вещества, отличающийся тем, что на образец воздействуют лазерным излучением с плавно возрастающей мощностью и коэффициент сублимации определяют в момент начала плавления.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области экспериментальной физики и может быть использовано для измерения коэффициента сублимации льда и других твердых веществ при температурах близких к температурам плавления. Известен способ определения коэффициента испарения воды из экспериментов по нестационарному лазерному испарению. При этом поверхность воды испаряется под действием импульсного лазера. В эксперименте измеряется давление струи пара, действующее на воду и энергия лазерного импульса. Полученное значение максимального давления отдачи сравнивается с расчетным, получаемым путем решения нестационарной тепловой задачи, и определяется коэффициент конденсации. (Корнеев В.В. О возможности определения коэффициента конденсации воды из экспериментов по лазерному испарению. ТВТ, 1990, т.28, с.536- 539). Недостатком указанного способа является то, что он позволяет определить значение коэффициента испарения с точностью до порядка его величины, так как давление отдачи при заданной энергии лазерного импульса слабо зависит от коэффициента испарения. Известен способ определения коэффициента сублимации![способ определения коэффициента сублимации твердого вещества, патент № 2063021](/images/patents/409/2063006/945.gif)
Техническим результатом изобретения является способ измерения коэффициента сублимации льда и других твердых веществ с высоким давлением насыщенных паров при температуре плавления, позволяющий измерить его с погрешностью не более 10%
Технический результат изобретения достигается тем, что определяют коэффициент сублимации твердого вещества путем воздействия на его поверхность в условиях вакуума лазерным излучением с плавно возрастающей мощностью, измеряют силу отдачи струи пара, и коэффициент сублимации определяют по давлению отдачи в момент начала плавления. На чертеже представлена принципиальная схема устройства для реализации предлагаемого способа. Предлагаемый способ состоит из следующих действий: нагревают поверхность куска льда, помещенного в вакуумную камеру, излучением СО2- лазера переменной мощности, регистрируют давление отдачи струи пара в момент начала плавления льда, получают значение коэффициента сублимации путем сравнения с расчетной зависимостью. Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит вакуумную камеру 1, тензовесы 2, амперметр 3 и СО2-лазер 4, генерирующий излучение с длиной волны 10,6 мкм. Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Кусок льда (5), имеющий гладкую поверхность, помещается в вакуумную камеру (1). На плоскую поверхность направляется луч СО2- лазера (4). Под действием лазерного излучения лед начинает сублимироваться в вакуум. Возникающее давление отдачи фиксируется тензовесами (2). Одновременно измеряется электрическое сопротивление образца льда. Мощность лазера плавно увеличивают до тех пор, пока не происходит уменьшения электрического сопротивления образца, свидетельствующего о начале плавления. Сведения для выбора вакуумной камеры, лазера и тензовесов следующие. Давление в вакуумной камере P
![способ определения коэффициента сублимации твердого вещества, патент № 2063021](/images/patents/409/2063021/8734.gif)
Максимальный расход льда
![способ определения коэффициента сублимации твердого вещества, патент № 2063021](/images/patents/409/2063021/2063021-2t.gif)
Максимальная интенсивность лазерного излучения
![способ определения коэффициента сублимации твердого вещества, патент № 2063021](/images/patents/409/2063021/2063021-3t.gif)
Максимальная скорость испарения льда v 0,7 мм/с
Максимальное давление отдачи Ротд= 2,5 мм рт. ст. Характерный поперечный (лучу) размер образца должен быть больше 2 мм
Максимальная величина шероховатости должна быть меньше 2 мкм
Приближенная формула для определения коэффициента сублимации имеет вид
![способ определения коэффициента сублимации твердого вещества, патент № 2063021](/images/patents/409/2063006/945.gif)
![способ определения коэффициента сублимации твердого вещества, патент № 2063021](/images/patents/409/2063005/183.gif)
где P(Tпл) давление насыщенных паров при температуре плавления, для льда Р(Тпл)=4,5 мм рт.ст. Пространственные и временные вариации интенсивности лазерного излучения могут быть уменьшены до 4% Погрешность в измерении давления отдачи составляет менее 1% Таким образом предлагаемый способ позволяет измерить коэффициент сублимации с погрешностью менее 10%
Класс G01N25/02 исследование фазовых изменений; исследование процесса спекания
Класс G01N25/14 с помощью перегонки, экстрагирования, возгонки, конденсации, замораживания или кристаллизации