高辐射热流条件下冰丸融解可视化试验研究(4)
其中导温系数k= ， 为导热系数， 为冰的密度，c为比热容。计算可得，冰的导热系数为425cm /h。上述公式中的极限求和过程可通过编程计算如图1-2
综上所述，求得 752N， ，
1.4 本文的主要工作
1）搭建冰丸融解情况视频监控实验装置以及高温火焰喷射装置。
2）设计并进行了不同半径的冰丸落入沸腾的开水中的实验。
3）设计并进行了不同半径的冰丸从高处落下穿过高温火焰的实验。
4）冰丸的质量损失率计算以及冰丸热应力计算。
5) 对实验数据进行收集整理并得出最终结论。
2 搭建冰丸融解情况实验装置
2.1 视频监控实验装置
根据高温火焰喷射装置的高度，搭建简易的视频装置，装置用于固定相机，尽可能的创造良好的拍摄环境，保证摄像头与火焰的高度一致，以便能够检测到冰丸从高处落下，落过以及落下时状态的变化，监控冰丸是否爆裂。实验进行时可利用数码相机全程拍摄视频，并对实验结果进行拍照记录。
2.2 高温火焰喷射装置
根据实验火焰温度要求设计并参与搭建了烟气以及喷火装置，，其中应用到的装置如下图2-1，图2-2，图2-3所示：
图2-1 实验中用到的装置仪器
图2-2烟气炉的搭建图2-3 装置搭建完成后成功喷火
如上述图2-1，图2-2和图2-3所示，协助参与进行了管道的连接，烟气炉风口的焊接，喷火装置的调试，并最终成功实现喷火，为实验的后期工作做好了铺垫。
3 冰丸的制作以及实验
3.1 冰丸的制作
根据实验所需的各个直径的冰丸，购买家用制冰袋，所制冰丸及打磨成型的冰丸如下图3-1(a)和图3-1（b）：
图3-1(a) 制冰袋所制不规则冰丸
图3-1（b） 打磨后直径5mm和10mm的冰丸
制冰袋所制作冰丸，形状极不规则，打磨也有难度，很难打磨接近球形，所打磨的冰丸进行初次实验后效果极不理想，很难拍到冰丸，且冰丸极易融化，给实验造成极大困难，实验现场采集图示如下图3-1（c）
图3-1(c) 制冰袋所制冰丸实验过程采集
上图可见冰丸落下时很难拍摄到，各个直径的冰丸在落过火焰时也都不会发生爆裂，因此上述制冰丸的方法是不可行的。
根据实验所需各个直径的冰丸，并参照上述制冰袋所制冰丸的不足，设计制作了冰丸球形模板，如下图3-2：
图3-2 制冰丸模具
根据实验所需半径以及初期实验结果，为尽大可能的减小实验误差，对成形的直径30mm的球形冰丸进行打磨，分别制作直径为5mm,10mm,15mm,20mm,25mm的一定数量的尽量接近球形的冰丸。如下图3-3所示：
图3-3 未经加工冰丸（a）
图3-3 打磨为对应直径的冰丸（b）
图3-3 打磨为对应直径的冰丸（c）
利用球形模板制作出的冰丸，形状规则，几乎接近球形，并且容易打磨，可以根据所需半径的冰丸进行打磨处理，同样可以得到接近球形的冰丸，符合实验要求，并且可做出比较理想的实验结果。
3.2 冰丸落到开水中实验
制作成形的冰丸直径分为：5mm,10mm,15mm,20mm,25mm各20个。分别将每个半径的冰丸放入沸腾的开水中，观察并记录各个冰丸完全融化所需的时间。
实验过程中，用数码相机进行了全程拍摄，并用秒表进行了计时。如图3-2所示：
图3-2 秒表计时器以及开水容器（a）
图3-2 直径5mm冰丸融化所需时间（b）
图3-2 直径10mm冰丸融化所需时间（c）
图3-2 直径15mm冰丸融化所需时间（d）
图3-2 直径20mm冰丸融化所需时间（e）
图3-2 直径25mm冰丸融化所需时间（f）