Wiercenie w lodzie przez odparowanie wody

Wiercenie w lodzie przez odparowanie wody
Drilling in ice through water evaporation
projekt indywidualny magisterski
propozycja tematu do realizacji w semetrze zimowym 2015/2016
Celem proponowanego projektu indywidualnego magisterskiego jest przygotowanie projektu
stanowiska laboratoryjnego realizującego następujące założenia.
Grzałka elektryczna o średnicy kilku centymetrów, umieszczona na powierzchni bryły lodu wodnego powoduje topienie się lodu pod grzałką, a obniżając się powoduje powstanie w
lodzie pionowego otworu o średnicy nieco większej od średnicy grzałki. Stopiona woda jest
przez grzałkę doprowadzana do wrzenia i odparowana, przy czym powstała para odprowadzana
jest na zewnątrz w ten sposób (np. rurką lub wężem), aby ściany otworu w lodzie nie uległy
nadmiernemu wytopieniu.
W projekcie należy wykonać cieplne obliczenia bilansowe i niezbędną (uproszczoną) symulację numeryczną zachodzących procesów topnienia, wrzenia, parowania, wymiany ciepła
przez przewodzenie i konwekcję, w taki sposób, aby powstał projekt wykonawczy grzałki (wraz
z propozycją użytych materiałów), a także prognoza zachowania się takich parametrów, jak
wymagana moc grzewcza grzałki, temperatura wody, strumień ciepła oddawanego do lodu,
prędkość obniżania się grzałki, zmiany poziomu wody, ilość produkowanej pary, ciśnienie pary
i prędkość strumienia pary. Należy zwrócić szczególną uwagę na prędkość topnienia lodu na
granicy faz i zaproponować konstrukcję, a także dobrać parametry (np. moc grzałki, własności
materiałów, rozmiary grzałki, grubości ścianek), aby ograniczyć prędkość wytapiania się ścian
otworu, przy odpowiednio dużej prędkości zagłębiania się grzałki.
Marek Lewkowicz