专利名称：膜沸腾与自推进演示仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种教学和科研上使用的模拟演示装置，具体的说是一种膜沸腾与 自推进现象的模拟演示装置。
技术背景日常生活中，我们经常可以观察到在炒菜时水滴溅到烧热的铁锅上会产生激烈的跳 跃并且伴随发出嘶嘶声，液氮倒在地面上会聚集成液滴四处流动；工业生产中，钢铁铸 件淬火时也会发出声音，并且伴随着表面的激烈反应。这些现象之中都涉及到了膜沸腾 现象…一种区别于烧开水时常见的器皿内所产生的池内核沸腾的特殊沸腾。膜沸腾是一种发生在高温表面上的特殊的沸腾现象。其发现最早要追溯到1756年 J.G.Leidenfrost从实验中观察到的所谓"Leidenfrost现象"，亦即高温表面与液滴在接触瞬 间产生了一层过热的蒸汽膜起到热绝缘的作用，以致沸液与壁面之间要依靠高温差传 热，从而使液滴悬浮而减慢蒸发的现象。这种膜沸腾传热产生一个必要条件是的表面温 度要超过液体的"Leidenfrost温度"(简称LT)，通常远高于液体的沸点(如水的LT实验 室环境下大约在300摄氏度左右)。当温度高于沸点而小于LT时，则发生膜沸腾与核沸腾的混合现象…不完全膜沸腾。 由于液滴与高温表面未被蒸汽完全隔开，其相互接触处会产生核沸腾，导致这时的现象 较之完全膜沸腾非常不稳定，亦即上面提到的液滴跳跃与嘶嘶声的由来。2006年H丄ink等人在发表于Phy.Rew丄ett的论文中提出利用表面不对称的沟道结 构引起已达到膜沸腾状态的液滴自发推进的想法。 发明内容发明目的本实用新型的目的是提供一种膜沸腾与自推进演示仪，能够在室温下获 得稳定的膜沸腾现象，并且通过与蒸汽膜相关的现象间接直观的展示此现象的核心—— 稀薄蒸汽膜的存在与性质。技术方案本实用新型的膜沸腾与自推进演示装置，包括衬底铁板、置于衬底铁板 上的四个光学基座、光学基座顶部水平放置的隔热板，隔热板上依次叠加的加热板和铜 板；铜板通过交流换向器加热，并通过温控加热仪保持温度稳定；铜板的上表面设置有 锯齿沟道区域和平面区域。其中，所述的铜板优选H62铜材，其厚度优选5mm。铜板的厚度可以保证高温下 不易变形。其中，铜板上表面沿长度方向，将铜板上表面分为长度相同、宽度相同或不同的锯齿沟道区域和平面区域。其中，所述锯齿沟道区域中的锯齿，沿铜板长度方向的纵向剖面为一条直角边与铜 板表面垂直的直角三角形。与铜板垂直的直角边优选0.3mm，另一直角边优选1.5mm。 这种锯齿形状可以保证液滴自推进现象较为明显，平均可达5cm/s。其中，四个光学基座通过磁石固定在衬底铁板上。其中，铜板通过调节光学基座底部的螺栓保持水平。其中，上述膜沸腾与自推进演示装置还可包括一个无顶的有机玻璃罩，有机玻璃罩 可扣在铜板、加热板和隔热板之外，衬底铁板之上。有机玻璃罩可以保证操作过程中不 误触电路与高温板。有益效果本实用新型的膜沸腾与自推进演示仪具有以下优点1、 通过较大功率加热装置可使铜板在室温条件下短时间(约15分钟)内达到试验 温度(200摄氏度以上)，从而使用易获得的液体(自来水、酒精等)便可获得稳定的膜 沸腾现象；2、 表面铜板分为两区域，实验中，同时滴液滴于平面和沟道表面上，平面液滴静 止，沟道液滴沿铜板长轴方向自推进运动，形成鲜明对比，从而避免了水平显示装置(水 平仪等)不耐高温，较易损坏的缺点，另外，通过光学基座可使平面部分有一小的倾角， 则水平面上液滴因重力下滑，而沟道表面液滴能够爬上小坡，两液滴反方向运动，现象 更加明显；3、 另设计了采用饱和肥皂水溶液作实验液体，肥皂水的表面张力系数约为纯水的 一半，当表面上液滴较大时，蒸汽膜的逸出气体将聚集在中心处形成大肥皂泡，清楚地 展现了蒸汽膜的存在，弥补了其不易直接观测的缺点，同时肥皂液滴蒸发后的表面残留 物较易清洗，避免了其他溶液与铜表面反应而损害实验表面的缺点；4、 衬底铁板上设计了有机玻璃保护罩，避免实验操作过程中误触高温部分，保证 演示安全。
图l为本实用新型的结构示意图。图2为铜板上表面示意图。图3为锯齿沟道区域中的锯齿示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。如图1所示，本实用新型的膜沸腾与自推进演示装置，包括衬底铁板6、置于衬底 铁板6上的四个光学基座4、光学基座4顶部水平放置的隔热板3，隔热板3上依次叠加的加热板2和铜板1;铜板1通过交流换向器8加热，并通过温控加热仪7保持温度 稳定；铜板1上表面设置有锯齿沟道区域9和平面区域10;铜板1通过调节光学基座4 底部的螺栓保持水平；四个光学基座4通过磁石固定在衬底铁板6上；无顶的有机玻璃 罩5，扣在铜板l、加热板2和隔热板3之外，衬底铁板6之上，有机玻璃罩5可以保 证操作过程中不误触电路与高温板。铜板1的材质为H62，其厚度为5腿，长度60cm，宽度30cm。铜板的厚度足可以 保证高温下不易变形。从图2可以清楚的看出铜板1上表面沿长度方向，将铜板1上表面分为锯齿沟道区 域9 (20cm*60cm)和平面区域10 (10cm*60cm)。图3显示锯齿沟道区域9中的锯齿， 沿铜板长度方向的纵向剖面为一条直角边与铜板表面垂直的直角三角形。与铜板垂直的 直角边优选0.3皿，另一直角边优选1.5mm。这种锯齿形状可以保证液滴自推进现象较 为明显，平均可达5cm/s。使用时先将水平仪放置铜板l表面，通过调节光学基座4使铜表面水平；预设加热 仪7温度，开始加热；在达到预设温度后，用滴管滴液滴(酒精或者自来水)于铜板l 平面区域IO，同时滴于锯齿沟道区域9，观察现象；调配肥皂水饱和溶液，缓慢滴加足够大的液滴与表面上，移开滴管，观察液滴中心气泡。
权利要求1、一种膜沸腾与自推进演示仪，其特征在于它包括衬底铁板(6)、置于衬底铁板(6)上的四个光学基座(4)、光学基座(4)顶部水平放置的隔热板(3)，隔热板(3)上依次叠加的加热板(2)和铜板(1)；铜板(1)通过交流换向器(8)加热，并通过温控加热仪(7)保持温度稳定；铜板(1)的上表面设置有锯齿沟道区域(9)和平面区域(10)。
2、 根据权利要求l所述的膜沸腾与自推进演示仪，其特征在于所述的铜板(1)为 H62铜材。
3、 根据权利要求l所述的膜沸腾与自推进演示仪，其特征在于所述的铜板(1)厚 度为5mm。
4、 根据权利要求l所述的膜沸腾与自推进演示仪，其特征在于所述的铜板(1)上 表面沿长度方向，将铜板(1)的上表面分为锯齿沟道区域(9)和平面区域(10)，该 两个区域的长度相同，宽度任意。
5、 根据权利要求1或4所述的膜沸腾与自推进演示仪，其特征在于所述锯齿沟道 区域(9)中的锯齿，沿铜板长度方向的纵向剖面为一条直角边与铜板表面垂直的直角 三角形。
6、 根据权利要求5所述的膜沸腾与自推进演示仪，其特征在于所述锯齿沟道区域 (9)中的锯齿，与铜板表面垂直的直角边的长度为0.3mm，另一直角边长度为1.5mm。
7、 根据权利要求l所述的膜沸腾与自推进演示仪，其特征在于四个光学基座(4) 通过磁石固定在衬底铁板(6)上。
8、 根据权利要求l所述的膜沸腾与自推进演示仪，其特征在于铜板(1)通过调节 光学基座(4)底部的嫘栓保持水平。
9、 根据权利要求1所述的膜沸腾与自推进演示仪，其特征在于它还包括一个无顶 的有机玻璃罩(5)，有机玻璃罩(5)扣在铜板(1)、加热板(2)和隔热板(3)之外， 衬底铁板(6)之上。
专利摘要本实用新型的膜沸腾与自推进演示装置，包括衬底铁板、置于衬底铁板上的四个光学基座、光学基座顶部水平放置的隔热板，隔热板上依次叠加的加热板和铜板；铜板通过交流换向器加热，并通过温控加热仪保持温度稳定；铜板的上表面设置有锯齿沟道区域和平面区域。通过本实用新型的装置，能够在室温下获得稳定的膜沸腾现象，并且通过与蒸汽膜相关的现象间接直观的展示此现象的核心——稀薄蒸汽膜的存在与性质。
文档编号G09B23/06GK201174181SQ200720130978
公开日2008年12月31日 申请日期2007年12月14日 优先权日2007年12月14日
发明者亮 严, 宁 徐, 斌 徐, 潘永华 申请人:南京大学