WWW.KONFERENCIYA.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Конференции, лекции

 

XI МЕЖДУНАРОДНАЯ

НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ

«НОВЫЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ВУЗЕ»

Гоглачев А.В., Лойко А.Э., Гоглачев А.А.

ВИРТУАЛЬНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ

ПРИ ИЗУЧЕНИИ ДИСЦИПЛИН

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ

Goglachev A.V, Loiko A.E., Goglachev A.A.

VIRTUAL EXPERIMENTS AT STUDYING

THERMAL PHYSICS DISCIPLINES

algo_mail@inbox.ru ФГАОУ ВПО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»

г. Екатеринбург НОТВ-2014 Рассмотрено применение виртуальных экспериментов при изучении дисциплин теплофизического профиля. Приведены виртуальные эксперименты по изучению теплопроводности многослойной плоской стенки и явления сфероидального состояния жидкости. Проанализирована физическая сущность изучаемых явлений.

Application of virtual experiments at studying thermal physics disciplines is examined. Virtual experiments for studying thermal conductivity of multi-layer flat wall and spheroid condition of liquid phenomenon are given. Physical essence of subject phenomena is analyzed.

При изучении дисциплин теплофизического профиля, таких как «Теплофизика», «Термодинамика» и др., необходимо уделять значительное внимание физической сущности изучаемых процессов, влиянию изменения различных параметров системы на рассматриваемое явление.

Наилучшее понимание изучаемого явления будет достигнуто, если оно может быть реализовано и рассмотрено в виде физического эксперимента.

Однако, большинство теплофизических явлений не может быть реализовано в силу различных причин даже в лабораторном практикуме (например, при сверхвысоких или сверхнизких температурах, в условиях быстропротекающих процессов и т.д.), не говоря уже о лекционных и практических занятиях.

Одним из возможных решений этой проблемы является применение в учебном процессе виртуальных экспериментов, моделирующих на компьютере тот или иной процесс, а также динамические иллюстрации и виртуальные лабораторные работы.

Динамическая иллюстрация и виртуальный эксперимент позволяют более наглядно визуализировать какой-либо процесс,изучить и понять особенности и тонкости его протекания, при необходимости замедлить время протекания процесса, разбить его на составляющие фазы.

На кафедре технической физики УрФУ разработаныдинамические иллюстрациии виртуальные эксперименты для изучения критического и сфероидального состояния вещества, физики кипения жидкостей, теплопроводности твердых тел.

На рис. 1 представлен виртуальный эксперимент по изучению теплопроводности многослойной плоской стенки в зависимости от материала и толщины каждого слоя.

Tвнутр.=+25°С Tвнеш.= 25°С 12 5 34 Рис. 1. График распределения температуры в плоской многослойной стенке:

1 – внутренняя облицовка; 2 – кирпичная или железобетонная стена; 3 – наружный утеплитель; 4 – наружная облицовка; 5 – плоскость «нулевых температур»;

6 – распределение температуры Внутреннее термическое сопротивление каждого слоя Rвнутр. определяется толщиной поверхности раздела и теплопроводностью материала :

.

Rвнутр. = Для многослойной стенки термическое сопротивление является суммой термических сопротивлений слоев:

Rстенки = Ri внутр..

i Плотность теплового потока q определяется по формуле:

Tвнутр. Tвнеш.

.

q= В данном эксперименте для определения тепловых потерь в стенке можно изменять внутреннюю (Tвнутр.) и наружную (Tнаруж.) температуры, количество и толщину слоев (), материал каждого слоя и, соответственно, коэффициент теплопроводности (). А также менять слои местами. Т. к.

внутреннее термическое сопротивление является суммой термических сопротивлений слоев, то тепловой поток через стенку при перестановке слоев не изменится, но изменится график распределения температуры в стенке и местоположение плоскости «нулевых температур». В результате данного виртуального эксперимента студенты могут сделать выводы не только об тепловой эффективности многослойной стенки, но и об экономической целесообразности применения тех или иных материалов (например, можно увеличить толщину какого-либо слоя в 5 раз, при этом общие теплопотери стенки сократятся всего на 5 %).

Рассмотрим виртуальный эксперимент, позволяющий исследовать и визуализироватьсфероидальное состояние жидкости.

В 1756 году Лейденфростом обнаружено интересное явление. При попадании капли жидкости на нагретую поверхность, имеющую температуру выше температуры насыщения жидкости, капля формируется в сфероид, который отделяется от поверхности нагрева пленкой пара. Это явление было названо сфероидальным состоянием жидкости (эффект Лейденфроста).

На рис. 2 приведен график изменения времени полного испарения капли жидкости одного и того же объема от температуры поверхности TW.

I II III

Рис. 2. Зависимость времени полного испарения капли воды при атмосферном давлении Можно выделить 3 области.

Область I соответствует пузырьковому кипению. С ростом TW время испарения уменьшается. Перенос тепла осуществляется пузырьками и испарением жидкости с поверхности капли.Пузырьковое кипение жидкостей соответствует самымбольшим скоростям испарения жидкости. В этом режимежидкость не находится в сфероидальном состоянии,а растекается по поверхности нагрева, смачивает ее (109 °С < TW < 141 °С). Для воды TW1 = 141 °С.

Область II соответствует смешанному кипению (пузырьковое и пленочное) и началу сфероидального состояния. С ростом TW время испарения резко увеличивается от min до max. Происходит отделение капли от поверхности нагрева пленкой пара, которая еще неустойчива, и капля периодически контактирует с поверхностью, т. е. область характеризуется смешанным кипением капли. Время испарения растет за счет уменьшения коэффициента теплоотдачи при передаче тепла через пленку пара. Для воды TW2 = 270 °С – так называемая температура Лейденфроста TL.

Область III соответствует пленочному кипению. С ростом TWвыше TLвремя испарения медленно уменьшается (в основном за счет излучения).

Происходит полное отделение капли от поверхности нагрева. Это и есть область сфероидального состояния жидкости. Подвод тепла к капле осуществляется за счет теплопроводности через пленку пара и за счет излучения.

Физика кипения отдельной капли жидкости на поверхности нагрева аналогична физике кипения жидкости в большом объеме. Характер зависимостей в случае кипения отдельной капли и в условиях большого объема одинаков.

Скорость испарения капли пропорциональна величине критической плотности теплового потока. При переходе к сфероидальному состоянию жидкости мы имеем дело с кризисом теплоотдачи при кипении.

Демонстрация натурного эксперимента сфероидального состояния жидкости сопряжена с определенными техническими трудностями, т. к.

рассмотреть процессво всех подробностях может позволить только использование высокоскоростной камеры. Кроме того, особую трудность для экспериментального исследования могут представлять бинарные жидкости, смеси и жидкие металлы.

Рис. 3. Стоп-кадры виртуального эксперимента «Сфероидальное состояние жидкости»

На рис. 3 показана последовательность состояний капли воды при увеличении температурыповерхности нагреваTW:

растекается по поверхности нагрева. При 109 °С начинается кипение в капле жидкости.

2. По мере роста температуры TW капля образует плоский сфероид, скорость испарения жидкости становится очень большой и достигает максимума при 126 °С.

3. При достижении температуры поверхности нагрева TW = 141 °С вода уже не растекается на поверхности нагрева, капля образует сфероид.

4. Происходит отделение капли от поверхности нагрева пленкой пара (область II на рис. 2). Окончательно температура жидкости в капле всегда на несколько градусов ниже температуры кипения этой жидкости (для воды это обычно 95 – 97 °С).

5. Пленка пара неустойчива, под действием силытяжести капля опускается на поверхность нагрева, сплющиваясь (образуя плоский сфероид с колеблющимися краями).Область характеризуется смешанным кипением капли.

6. При контакте капли с поверхностью нагрева часть жидкости переходит в пар, капля снова подпрыгивает. Происходит полное отделение капли от поверхности нагрева. Это и есть область сфероидального состояния жидкости (область III на рис. 2).

продолжается до тех пор, пока достаточна паропроизводительность (пленка пара может удерживать каплю).

взрывообразно прорывает каплю жидкости, образуя капли значительно меньшего объема, которые впоследствии испаряются.

Виртуальный эксперимент может подробно визуализировать все этапы перехода жидкости к сфероидальному состоянию.

Нужно отметить, что в той же последовательности (рис. 3) эти явления происходят со всеми жидкостями независимо от характера нагретой поверхности, будет ли она поверхностью твердого тела или поверхностью жидкости, на которой данная жидкость может плавать (например, капли серного эфира на поверхности воды, нагретой выше 50 °С, горение натрия на поверхности воды).

Виртуальные эксперименты, виртуальные лабораторные работы, динамические иллюстрации, как один из компонентов ЭОР, могут быть использованы преподавателями, как лекционные демонстрации, так и для проведения лабораторныхработ, и студентами для самостоятельного изучения курса, подготовки к зачётам и экзаменам по этой дисциплине, помощи в курсовом и дипломном проектировании, студентами очной, заочной, дистанционной, электронной форм обучения, магистрами технических направлений подготовки.



Похожие работы:

«ЧЕТВЕРТАЯ МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ДЛЯ ГЕОЛОГОВ И ГЕОФИЗИКОВ ГЕОЛОГИЯ И НЕФТЕГАЗОВАЯ ГЕОФИЗИКА-2014 КАЛИНИНГРАД, 26 - 30 МАЯ 2014 Спонсор Технической программы: Полюбившаяся площадка для обмена опытом геологов и геофизиков: Гостиница Radisson Hotel, Калининград 26-30 мая 2014 года *Предложения по бронированию номеров в отеле будет объявлено дополнительно Контактная информация: Координатор проекта: Золотая Людмила Алексеевна, тел.: +7 (985) 774-3015 е-mail: eago@eago.ru...»

«Вторая Международная научно-практическая конференция для геологов и геофизиков Сочи-2012, 2-6 мая Новая площадка для обмена опытом геологов и геофизиков: СОЧИ-2012 Вторая Международная научно-практическая конференция для геологов и геофизиков г. Сочи, Гостиничный комплекс ПАРУС 2-6 мая 2012 года Первое приглашение ГЕНЕРАЛЬНЫЕ СПОНСОРЫ конференции: (ведутся переговоры) Контактная информация: Координатор проекта: Золотая Людмила Алексеевна, тел.: +7 (495) 774-3015 е-mail: sochi2012.eago@gmail.com...»

«РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ЮЖНЫЙ МАТЕМАТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ВНЦ РАН И РСО-А ПОРЯДКОВЫЙ АНАЛИЗ И СМЕЖНЫЕ ВОПРОСЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ Тезисы докладов международной научной конференции (Владикавказ, Россия, 19–24 июля 2010 г.) Владикавказ ЮМИ ВНЦ РАН и РСО-А 2010 УДК 517 + 519 Порядковый анализ и смежные вопросы математического моделирования: тезисы докладов международной научной конференции (Владикавказ, 19–24 июля 2010 г.). Владикавказ: ЮМИ ВНЦ РАН и РСО-А, 2010. 325 с. c Южный...»

«Комитет образования, наук и и молодёжной политики Новгородской области Областная ассоциация товаропроизводителей Новгород Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого Российский государственный университет инновационных технологий и предпринимательства (Северный филиал) 20 09 Вторая региональная научно-практическая конференция Менеджмент качества и инновации – 2009 Тезисы докладов Россия, г. Великий Новгород 20 ноября 2009 г. Список использованных сокращений названий...»

«ТЕКТОНИКА И МЕТАЛЛОГЕНИЯ СЕВЕРНОЙ ЦИРКУМ-ПАЦИФИКИ И ВОСТОЧНОЙ АЗИИ Конференция, посвященная памяти Л. М. Парфенова Первый циркуляр 11-16 июня 2007 г. Хабаровск, Россия Сибирское отделение Российский Дальневосточное отделение Академия наук Российской академии Межведомственный Российской академии наук Республики Саха наук тектонический комитет (ДВО РАН) (Якутии) (СО РАН) (МТК) Институт тектоники и Институт геологии алмаза Приамурское отделение геофизики им Ю.А. Косыгина, и благородных металлов,...»

«Вестник Томского государственного университета. Филология. 2013. №3 (23) МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ МОТИВОЛОГИИ В ЛИНГВИСТИКЕ XXI В. (Томск, ТГУ, 24–26 октября 2012 г.) В Томском государственном университете 24–26 ноября 2012 г. состоялась первая Международная конференция Актуальные проблемы мотивологии в лингвистике XXI в.. Конференция была посвящена 95-летию основания историко-филологческого факультета ТГУ. Организатор конференции – коллектив кафедры русского языка...»

«Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наук ам Ломоносов-2011 Секция Физика Сборник тезисов 12 апреля 2011 г. Физический факультет. Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова Оргкомитет секции: Трухин В.И. — декан физического факультета (председатель); Федосеев А.И. — заместитель декана (зам. председателя); Сысоев Н.Н. — заместитель декана (зам. председателя); Аксенов В.Н. — заместитель декана (зам. председателя); Бутузов В.Ф. —...»

«Материалы международной научной конференции. Хоста, Сочи, 25-29 августа 2009 г. Взгляд на характерную торсионную феноменологию Жигалов В.А. Проект Вторая физика zhigalov@gmail.com Физика является экспериментальной наукой. С.Тинг (надпись на стене кабинета 4Д.Д.Иваненко на физфаке МГУ) Постановка вопроса Изучая критику торсионной гипотезы Акимова-Шипова, я убедился, что большинство критикующих не знает не только экспериментальных фактов, лежащих в основе этой гипотезы, но и не читали...»

«ИЗВЕСТИЯ Изв. Крымской Астрофиз. Обс. 103, № 4, 334–365 (2007) КРЫМСКОЙ АСТРОФИЗИЧЕСКОЙ ОБСЕРВАТОРИИ Постеры, представленные на конференции “Физика небесных тел” 1219 сентября 2005 г. Две закономерности связи яркости корональной линии 530.3 нм с магнитным полем и его компонентами О.Г. Бадалян, В.Н. Обридко Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова, Троицк, Московская обл., Россия; badalyan@izmiran.troitsk.ru; solter@izmiran.troitsk.ru Исследуется...»

«Полная исследовательская публикация Тематический раздел: Физико-химические исследования. Подраздел: Химия целлюлозы. Регистрационный код публикации: 12-30-5-103 Публикация доступна для обсуждения в рамках функционирования постоянно действующей интернет-конференции “Химические основы рационального использования возобновляемых природных ресурсов”. http://butlerov.com/natural_resources/ Поступила в редакцию 27 июня 2012 г. УДК 577.11. Исследование взаимодействий в системе целлюлоза – водный...»

«юллетень лектронный новостей по солнечно-земной физике АВГУСТ 2012. ЭБН РФ №3 (141), 29 февраля 2012 года ДеСяТь леТ проекТУ МАСТер Интервью с главным идеологом проекта Владимиром Михайловичем Липуновым страница 16 юллетень лектронный новостей по солнечно-земной физике. ЭБН РФ №6 (144), 23 сентября 2012 года Колонка главного редактора Незаметно и быстро пролетело лето — время больших международных конференций. В июне в ИКИ прошла конференция Космос и Человек, в июле в Индии прошел КОСПАР, а в...»

«УДК 53.086(082) ББК 22.338я43 М54 Р е д а к ц и о н н а я к о л л е г и я: член-корреспондент НАН Беларуси, доктор технических наук, профессор С. А. Чижик (председатель), кандидат физико-математических наук Н. В. Карелин, кандидат физико-математических наук Е. С. Дрозд, С. О. Абетковская, Н. А. Курилёнок, С. В. Сыроежкин Р е ц е н з е н т ы: доктор физико-математических наук К. В. Добрего, доктор технических наук В. А. Рудницкий ISBN 978-985-08-1483-8 © Институт тепло- и массообмена им. А. В....»

«МОУ Салтыковская средняя общеобразовательная школа Ртищевского района Саратовской области Формирование ключевых образовательных компетенций учащихся на уроках физики через проектно-исследовательскую деятельность ИЗ опыта работы учителя физики Видинеевой Н.А. Важнейшая проблема, волнующая всех учителей - существенное повышение качества и эффективности урока. Снижение уровня знаний учащихся в значительной степени объясняется качеством урока: однообразием, шаблоном, формализмом и скукой. Никто не...»

«Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наук ам Ломоносов-2009 Секция Физика Сборник тезисов 15 апреля 2009 г. Физический факультет Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова Оргкомитет секции: Сысоев Н.Н. — заместитель декана физического факультета МГУ (председатель); Аксенов В.Н. — заместитель декана (заместитель председателя); Бутузов В.Ф. — заместитель декана; Денисов Е.С. — председатель профкомы студентов; Якута А.А. — зав....»

«Томский государственный университет Радиофизический факультет с элементами научной школы для молодежи ПЕРВОЕ ИНФОРМАЦИОННОЕ СООБЩЕНИЕ Посвящается 135-летию Томского государственного университета, 60-летию радиофизического факультета ТГУ, 85-летию Сибирского физико-технического института ОРГАНИЗАТОРЫ КОНФЕРЕНЦИИ: Томский государственный университет (ТГУ). Радиофизический факультет ТГУ. Сибирский физико-технический институт ТГУ. Институт физики СО РАН. Институт сильноточной электроники СО РАН....»

«Международная научно-практическая конференция АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ МОДЕРНИЗАЦИИ НАУКИ 22 МАЯ 2014Г. Г. УФА, РФ ИНФОРМАЦИЯ О КОНФЕРЕНЦИИ Цель конференции: поиск решений по актуальным проблемам современной наук и и распространение научных теоретических и практических знаний среди ученых, преподавателей, студентов, аспирантов, докторантов и заинтересованных лиц. Форма проведения: заочная, без указания формы проведения в сборнике статей; Язык: русский, английский. Шифр конференции: НК- Сборнику...»

«VIII Международная конференция Лазерная физика и оптические технологии 27 – 30 сентября 2010 года Республика Беларусь г. Минск Посвящается 50-летию создания лазеров Первое информационное сообщение Организаторы конференции Национальная Академия наук Беларуси Министерство образования Республики Беларусь Институт физики имени Б.И.Степанова НАН Беларуси Гродненский государственный университет им. Я.Купалы Белорусский республиканский фонд фундаментальных исследований Белорусское физическое общество...»

«Научная конференция ЛОМОНОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ, МГУ, апрель 2013 года, секция Геологии http://geo.web.ru/conf/ ГЛУБИННЫЕ АНОМАЛИИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ В СЕВЕРНОЙ ЧАСТИ ВОРОНЕЖСКОЙ АНТЕКЛИЗЫ. В.А. Куликов, Е.Д. Алексанова, И.Н. Лозовский, П.Ю. Пушкарев, Н.Л. Шустов, А.Г. Яковлев Летом 1991 г. сотрудниками кафедры геофизики Геологического факультета МГУ во время проведения площадных работ методом магнитотеллурического зондирования (МТЗ) в районе Смоленской АЭС около г. Барятино Калужской области были...»

«Вятский государственный педагогический университет Кировский областной институт усовершенствования учителей МОДЕЛИ И МОДЕЛИРОВАНИЕ В МЕТОДИКЕ ОБУЧЕНИЯ ФИЗИКЕ Материалы докладов республиканской научнотеоретической конференции Киров 2000 ББК 74.262.23 М 74 Печатается по решению редакционно-издательских советов Вятского государственного педагогического университета и Кировского областного института усовершенствования учителей Оргкомитет: зав. кафедрой теоретической физики и методики физики...»

«№13, том 27. 2011 ISSN 2074-0212 ISSN 2074-0948 International Edition in English: Butlerov Communications Полная исследовательская публикация Тематический раздел: Теоретическая и компьютерная химия. Регистрационный код публикации: 11-27-13-36 Подраздел: Математические алгоритмы в химии. Публикация доступна для обсуждения в рамках функционирования постоянно действующей интернет-конференции “Бутлеровские чтения”. http://butlerov.com/readings/ УДК 544.354.081.7:004.021. Поступила в редакцию 8...»









 
2014 www.konferenciya.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Конференции, лекции»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.