Вестник МГТУ. 2016, №3.

Буфетов Н. С. и др. Экспериментальное исследование термокапиллярной конвекции… 674 поглощаемого газа – водяной пар. Такая система чаще других используется в абсорбционных тепловых насосах и холодильных машинах, а ее теплофизические свойства хорошо исследованы и представлены в [11]. Рис. 1. Схема экспериментальной установки: 1 – вакуумная камера; 2 – кювета; 3 – смотровые и инфракрасные окна; 4 – инфракрасная (ИК) камера; 5 – видеокамера; 6 – световой нож; 7 – генератор пара; 8 – клапан; 9 – персональный компьютер Установка состояла из абсорбера 1, в который помещалась заполненная абсорбентом круглая кювета 2 диаметром 70 мм. Дно кюветы изготовлено из оптического стекла толщиной 15 мм, а стенки из тонкой (40 мкм) прозрачной пленки. Абсорбер имел дно, верхнюю крышку и боковые стенки 3, прозрачные как в видимом свете, так и в инфракрасном спектре. Это позволяло проводить измерения температуры поверхности с помощью инфракрасной камеры 4. Регистрация течения в поверхностном слое проводилась видеокамерой 5 с использованием как горизонтальной, так и вертикальной подсветки 6. Генератор водяного пара 7 соединялся с абсорбером паропроводом и клапаном 8, отсекающим их друг от друга. Экспериментальная установка была оснащена автоматизированной системой поддержания заданного давления с точностью ±5 Па, а также системой автоматического сбора и обработки информации 9. Основным параметром, определяющим термоконцентрационное течение, является величина ∆ξ = ξ 0 – ξ e − разность между начальной концентрацией абсорбента ξ 0 и равновесной концентрацией ξ e , соответствующей температуре межфазной поверхности Т e при заданном давлении P . Величина ∆ξ варьировалась за счет изменения давления абсорбируемого пара P и начальной температуры Т 0 . Начальная концентрация раствора бромида лития ξ 0 = 58.0 ± 0.1 %, толщина слоя раствора h 0 = 20 ± 0.1 мм. В качестве меток использовались очень мелкие частицы оксида железа. Простые расчеты для скорости оседания частиц за сутки на глубину 20 мм показали, используя закон Стокса, что частицы должны быть радиусом не более 0.1 мкм. Таким образом, большая часть частиц размером порядка 10 мкк за сутки успеют осесть на дно кюветы. Оставшихся частиц было достаточно для визуализации поля скоростей в слое абсорбента. Перед началом каждого эксперимента производилось удаление неабсорбируемых примесей и длительное термостатирование раствора. Процесс абсорбции начинался с открытия клапана 8 и подачи водяного пара из генератора 7 в абсорбер 1. При этом синхронно начиналась запись на видеокамеру 5 со скоростью 60 к/с через боковое смотровое окно 3 камеры 1 возникающих конвективных движений в слое жидкости и на инфракрасную камеру 4 через верхнее специальное окно 3 термограмм поверхности раздела фаз. Результаты и обсуждение Была проведена визуализация поля скоростей в растворе бромида лития при неизотермической абсорбции водяного пара в ограниченном сосуде. Для примера на рис. 2 приведены характерные кадры видеосъемки с визуализационными метками для различных моментов времени с начала абсорбции, для значений начальной температуры раствора в кювете 20.0 °С при P = 2 000 Па, h 0 = 20 мм. На рис. 2, a показана картинка при наложении нескольких кадров с интервалом между ними 0.5 с, на рис. 2, b – с интервалом 1 с. Судя по рисункам, возникающее при абсорбции движение меток наблюдалось в приповерхностном слое жидкости толщиной 5–7 мм. При этом поверхность раздела фаз на рис. 2 расположена в самой верхней части рисунка. Расчет скоростей движения меток производился по стандартной методике: после наложения ряда видеокадров друг на друга измерялось расстояние, которое проходили выделенные метки на кадрах, а время прохождения меток определялось по номерам видеокадров. На рис. 2 видно, что в первые 2.5 с с начала процесса абсорбции при приближении к поверхности расстояние между метками увеличивается.