CC BY
2МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
КАКОВА ТОЛЩИНА ФРОНТА ПЛАВЛЕНИЯ ЛЬДА?
Степанов С.В., Земская Л.И., Степанов И.С.
НИЦ Курчатовский институт - Курчатовский комплекс теоретической и
экспериментальной физики stepanov@itep.ru
На основе измерений кинетики накопления талой воды при плавлении ледяных шаров разного размера при комнатной температуре, а также с учетом измерений температуры как на поверхности шаров, так и внутри них, удалось оценить толщину фронта плавления льда. Внутри фронта плавления тепловой поток снаружи из воздуха поглощается льдом в виде скрытой теплоты плавления в результате чего на поверхности шара образуется тонкая (<0.1 мм) пленка талой воды. В ходе плавления льда вода стекает с подвешенного шара и собирается в стакане, установленном на весах.
Построена модель, описывающая кинетику таяния ледяных шаров. Предполагалось, что подвод тепла происходит через всю поверхность шара, при этом учитывалось уменьшение площади поверхности со временем. Также измерялась температура на поверхности ледяных шаров и температуры внутри них (эти значения оказались ~0.4 и 0 оС соответственно). Кинетика накопления талой воды имеет простой вид ~1-[14/(31;0)]3. Учитывались поправки, связанные с испарением воды. Подгонка экспериментальных данных с использованием предложенной модели позволила оценить толщину фронта плавления льда при комнатной температуре, которая оказалась равной примерно 3.2-3.6 мм (Рис. 1).
Рис. 1 Кинетики накопления талой воды в ходе таяния шаров разной начальной массы. Сплошные кривые показывают фитирование экспериментальных данных с использованием предложенной модели. При обработке данных также учитывалось, что в первые 10-20 мин лёд прогревался от температуры морозильной камеры до температуры плавления. При этом образование талой воды еще не началось. Внизу показаны зависимости температуры внутри ледяных шаров, измеренные термодатчиком DS18B20. Видно, что в процессе плавления температура внутри шаров равнялась 0 оС. Последующий рост температуры связан с выходом термодатчика из объема шара на его поверхность и наличием контакта с теплым воздухом.
