ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Звягин Химическая эрозия искусственных графитов в потоке химически активного газа из "Вопросы теории горения" Модель усталостного разрушения графитов, основанная на чисто механическом воздействии высокоскоростного потока на шероховатую поверхность поликристаллического графита, была предложена М. В. Ханиным [3], однако эта модель едва ли объективно отражает явление, так как не объясняет наличия механического уноса при малых скоростях газового потока. [c.109] Кроме того, в модели усталостного разрушения в качестве одной из основных используется предпосылка экспоненциального уменьшения усталостной прочности графита с ростом температуры (по аналогии с металлами), в то время как в ряде работ [4] упоминается о некоторых увеличениях усталостной прочности графитов при возрастании температуры до 2500° С. [c.109] Пористый графит автор рассматривает как систему перегородок, толщина которых связана с пористостью. Исследуя уменьшение толщины перегородок во времени, обусловленное проникновением химически активного газа внутрь пор, и воздействие сил трения на поверхности, автор получил условие разрушения материалов, из которого, введя распределение пор по размеру и закон проникновения газа внутрь пор, можно получить (с использованием громоздкого математического аппарата) выражение для линейной скорости уноса пористого материала в потоке химически активного газа. [c.109] Однако рассмотренная модель наверное в большей степени соответствует разрушению однородных пористых коксовых остатков некоторых коксующихся полимеров, чем искусственных графитов с ярко выраженной неоднородностью структуры. [c.109] В настоящей работе предложена упрощенная, но более обоснованная с точки зрения структуры, модель химико-механического выкрашивания графитов. Результаты расчетов по предложенной модели удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными, полученными на электронагревательной установг е. [c.109] Кроме того, вид поверхности образцов после испытания на электронагревательной установке свидетельствует о возможности уноса отдельных зерен графита в ненрореагировавшем виде на поверхности взаимодействия графита с потоком СО2 отчетливо видны зерна кокса-нанолнителя, сильно обнаженные от связующего и выступающие над поверхностью раздела газ — связующее . [c.110] Были изготовлены микрошлифы испытанных в потоке СО2 образцов графита (в плоскости, перпендикулярной поверхности взаимодействия). Для того чтобы выступающие частицы кокса не обламывались при обработке шлифа, поверхность образцов цементировалась слоем (приблизительно 1 мм) эпоксидной смолы или меди (гальванопластика), который прочно связывал выступающие зерна с основной массой материала и позволял пронаблюдать структурную картину на поверхности разрушения материала (рис. 2). [c.110] И наконец, при наблюдении за температурой боковой поверхности графитового образца в процессе испытания на установке 2-ЭН при помощи пирометра ОМП-020 на поверхности образца отчетливо видны выступающие в поток зерна наполнителя. При достаточно длительном наблюдении можно видеть, как эти зерна спустя некоторое время практически мгновенно исчезают с поверхности графита. [c.110] Искусственные графиты имеют ярко выраженную неоднородность структуры зерна наполнителя (плотного нефтяного кокса) равномерно распределены в объеме связующего (кокса, образующегося в процессе высокотемпературного разложения каменноугольного пека), имеющего значительно меньшую плотность вследствие своей высокой пористости. Очевидно, что при одинаковой по поверхности скорости уноса массы углерода линейная скорость уноса плотного кокса- наполнителя будет значительно меньше, чем менее плотного связующего. В силу такой неравномерности уноса поверхность становится шероховатой зерна наполнителя выступают в поток и в процессе дальнейшего неравномерного уноса могут оказаться практически изолированными от общей массы материала, обламываться и уноситься газовым потоком. [c.111] Для упрощения математического аппарата рассматриваемой модели разрушения искусственного графита примем следующие допущения. [c.111] В силу симметрии зерна относительно оси, совпадающей с направлением движения фронта горения связующего, достаточно рассмотреть двумерную задачу. Очевидно, что спустя некоторое время т после начала горения зерна связующее (в точке В) выгорит на глубину V X, а само зерно в точке А — на v x (см. рис. 3). Здесь г/ с и — линейные скорости горения связующего и наполнителя, соответственно. [c.112] Весовая же доля химического выкрашивания в суммарном уносе графита Т1 может быть выражена через т). [c.114] Тогда в окончательном виде зависимость весовой доли химического выкрашивания в суммарном уносе графита от %, р , о получим подстановкой выражений (10) и (8) в уравнение (9). [c.114] к — коэффициенты пропорциональности, учитывающие не-сферичность зерен наполнителя и некоторый произвол в допущениях III—V. [c.114] Образец взвешивают до и после испытаний, взвешивают также и частицы, уловленные фильтром и извлеченные после испытаний. [c.116] Долю механического уноса г] определяют как отношение массы уловленных частиц к уменьшению массы образца в процессе испытания. Погрешность при этом не превышает 20%. [c.116] В результате экспериментов было обнаружено, что в диапазоне температур 2000 3000° С т] не зависит от температуры поверхности образца и скорости газового потока в интервале 4 -ь н-100 м1сек. Действительно, в условиях эксперимента значение силового фактора невелико (со — 10 —10 ), согласно рис. 4, практически не должно зависеть от о). [c.116] На рис. 6 экспериментальные значения доли механического уноса (т]э), полученные на электронагревательной установке для различных сортов графита, сравниваются с результатами расчета (т)р) по формуле (12). Тот факт, что точки на рис. 6 ложатся в области прямой, проведенной через начало координат под углом 45° к оси абсцисс, свидетельствует об удовлетворительном согласовании теории и эксперимента. [c.116] Вполне вероятно, что аналогичный механизм разрушения структурно-неоднородных материалов может встретиться и для других пар газ — твердое тело , а также в случае гетерогенного химического взаимодействия твердых веществ с жидкостями. [c.117] Вернуться к основной статье