功能/作用介紹：
本實(shí)驗(yàn)臺(tái)的研制思路是從萊頓弗羅斯特膜態(tài)沸騰研究現(xiàn)象中拓展出來，萊頓弗羅斯特給出了進(jìn)行穩(wěn)定膜態(tài)沸騰所需之最低溫度。但當(dāng)鐵板到達(dá)萊頓弗羅斯特點(diǎn)(Leidenfrost point)時(shí)，水便會(huì)產(chǎn)生萊頓弗羅斯特現(xiàn)象。水珠會(huì)在鐵板四處滾動(dòng)，并緩慢地逐漸蒸發(fā)，反而令水珠可以存在更久。在萊頓弗羅斯特現(xiàn)象下，水珠中跟鐵板接觸的部分會(huì)迅速沸騰形成水蒸氣，與此同時(shí)水珠尚保持液體的狀態(tài)，由于水蒸氣的傳熱比液體水慢得多，蒸氣層阻隔水直接接觸滾燙鐵板并大大降低水滴沸騰蒸發(fā)的速度。
本實(shí)驗(yàn)臺(tái)得到以下實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?
1.觀察水的膜態(tài)沸騰現(xiàn)象;
2.了解并觀察水的萊頓弗羅斯特(Leidenfrost)現(xiàn)象;
3.繪制液滴萊頓弗羅斯特現(xiàn)象壽命曲線圖。
實(shí)驗(yàn)裝置分為加熱系統(tǒng)、滴水管升降系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)。由加熱器、滴水盤、鋸齒跑道等組成加熱系統(tǒng);由自動(dòng)升降桿、角度調(diào)節(jié)盤、滴水管等組成滴水管升降系統(tǒng);由溫度傳感器、觸摸屏、PLC及數(shù)據(jù)采集后處理軟件組成的數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)。
本實(shí)驗(yàn)臺(tái)能夠充分的顯示水的膜態(tài)沸騰現(xiàn)象，并通過不同的滴液高度，不同的液滴大小，以及不同的加熱表面，生動(dòng)形象的表現(xiàn)此物理現(xiàn)象，使得學(xué)生能夠快樂、深刻地記憶膜態(tài)沸騰的現(xiàn)象和產(chǎn)生的機(jī)理。
當(dāng)平面金屬板換成了鋸齒形表面的金屬板，水珠不再向各個(gè)方向跳來跳去了，而是基本選擇一個(gè)方向跳動(dòng)，這個(gè)水滴還能夠順著這種“樓梯”向上爬，學(xué)生感官效果很好。學(xué)生可根據(jù)該原理進(jìn)行不同的軌道設(shè)計(jì)，將相變換熱與動(dòng)態(tài)水珠運(yùn)動(dòng)結(jié)合，給學(xué)生很多的想象空間和研究空間。
研究型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容：
1. 精確的溫度控制，通過改變加熱溫度和工質(zhì)，可以研究不同工質(zhì)的萊頓羅斯特溫度點(diǎn);
2. 通過智能控制改變滴液管的高度，研究不同高度下液滴落在加熱表面的破裂特性;
3. 改變液滴的大小，研究不同大小的液滴在膜態(tài)沸騰時(shí)壽命;
4. 設(shè)定特定的鋸齒軌道，研究液滴運(yùn)動(dòng)規(guī)律與溫度的關(guān)系;
5. 研究不同軌道的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用場(chǎng)合。
通過本實(shí)驗(yàn)臺(tái)的研究型實(shí)驗(yàn)，能夠引起學(xué)生們對(duì)不同工質(zhì)的膜態(tài)沸騰現(xiàn)象進(jìn)行探討，同時(shí)，根據(jù)此現(xiàn)象，設(shè)計(jì)不同形狀的加熱表面，使得液滴沿著特定的跑道運(yùn)動(dòng)，形成奇特的物理現(xiàn)象。
本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是國家級(jí)精品課程《傳熱學(xué)》和核心課程《熱工基礎(chǔ)》的演示實(shí)驗(yàn)和研究型實(shí)驗(yàn)，面向全校熱能系、建筑系、工物系、汽車系、機(jī)械系、精儀系、力學(xué)系、航院等本科生，2012年投入教學(xué)使用，每年實(shí)驗(yàn)人數(shù)近500人。本實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行的本科生研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在2012年獲“清華大學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)貢獻(xiàn)”一等獎(jiǎng)。
作品名稱：膜態(tài)沸騰相變換熱教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)
完成單位：清華大學(xué)熱能工程系
