ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Кондратьев Горение коксующихся материалов в высокотемпературном потоке химически активных газов из "Вопросы теории горения" Защита конструкционных материалов от теплового, динамического и химического воздействий высокотемпературного газового потока представляет собой важную задачу для некоторых областей новой техники. [c.102] Среди большого количества заш,итных материалов, предназначенных для этих целей, можно выделить класс коксующихся теплозащитных материалов, т.е. материалов, дающих при нагреве твердый углеродистый (коксовый) остаток. [c.102] По составу коксующиеся теплозащитные материалы можно разделить на две группы. Первая группа — это материалы на органическом связующем, наполненные углеродом в виде угольной нити, графитированной ткани п т. п., а также чисто органические материалы, при разложении которых образуется твердый коксовый остаток. [c.102] Ко второй группе относятся материалы, состоящие из плавких неорганических наполнителей (ЗЮ , MgO и т. д.) и органического связующего, дающего при разложенпи твердый коксовый остаток. [c.102] При разрушении материалов второй группы, кроме вышеуказанного, могут происходить дегидратация, оплавление, течение по поверхности и испарение неоргашгаеских наполнителей с их последующей диссоциацией в газовом потоке химическое взаимодействие продуктов диссоциации испарившегося наполнителя с коксовым остатком твердофазное гетерогенное взаимодействие между коксовым остатком и неорганическими наполнителями. [c.102] При разрушении коксующихся теплозащитных материалов первой и второй групп определяющим процессом является унос коксового остатка за счет его химического взаимодействия с реакционными компонентами газового потока. [c.103] На основании изложенного можно сформулировать исходные положения, необходимые для математического описания процесса разрушения процесс переноса массы одномерный и стационарный исходный материал представляет собой однородную композицию веществ, входящих в его состав скорость уноса массы определяется скоростью разрушения коксового остатка за счет его химического взаимодействия с газовой средой скорость химического взаимодействия обусловлена кинетикой гетерогенных химических реакций на поверхности материала и диффузией к ней окисляющих компонент из газового потока. С химически унесенной массой кокса уносится часть инертной массы наполнителя, пропорциональная его содержанию в исходном (неразло-жившемся) материале. В процессе окисления коксового остатка участвует кислород, образующийся при испарении и последующей диссоциации окислов наполнителя. Реакционноснособные газообразные продукты разложения материала взаимодействуют с углеродом и диффундируют через газовый пограничный слой независимо от соответствующих компонент внешнего потока. На поверхности материал полностью прококсован. Все тепловые эффекты (теплоты пиролиза, гетерогенных химических реакций и т. д.) отнесены к поверхности. Режим течения газового потока турбулентный. Принимается, что имеется подобие между турбулентным переносом массы, энергии и количества движенрш, а турбулентные чпсла Ье = Рг = Зс = 1. Турбулентный пограничный слой считается замороженным, а все реакции — происходящими на поверхности. [c.103] Условие (9 ) означает, что количество испаряющегося вещества не должно превышать общее количество этого вещества во всем материале. [c.105] Система алгебраических уравнений (1) — (16) решается совместно методом последовательных приближений на ЭВЦМ-20. В результате определяются температура разрушающейся поверхности и массовая скорость уноса т . [c.106] Качественный характер зависимости массовой скорости уноса от температуры поверхности показан на рис. 1. Численный анализ позволяет дать следующую физическую интерпретацию полученной зависимости. [c.106] В первой области, где температура поверхности и давление невелики, скорость уноса массы определяется кинетикой гетерогенных реакций окисления (здесь 0 С ,,, О, а =0). [c.106] Во второй области скорость уноса массы определяется скоростью подвода окисляющих компонент к поверхности, т. е. процессами диффузии (здесь Сг, , О, Се и, а mj = 0). [c.106] В третьей области при темиературах Т ., 2200° К начинается интенсивное исиарение неорганических наполнителей (здесь С,, О, Сг 0, а 0). В режиме разрушения с испарением скорость уноса интенсифицируется за счет внутреннего кислорода, входящего в состав наполнителя. При очень высоких температурах поверхности [Т 3000 К) начинается испарение углерода коксового остатка. Таким образом, режим разрушення в этой области — диффузионно-испарительный. [c.106] Необходимые термодинамические данные Hj, На, Нсе, На, H v, Pj, P взяты из справочника [3]. При расчетах было принято, что все гетерогенные реакции идут по первому порядку, а константы скоростей реакций для всех компонент одинаковы п равны Ка = 5-10 м1сек, Е = 180 ООО кдж1молъ-град. [c.107] Результаты расчетов массовой скорости уноса и температуры разрушающейся поверхности в функции от коэффициента тепломассообмена представлены на рис. 2, а, б. На рис. 2, в показана доля вещества, которая уносится в газообразном состоянии (продукты гетерогенных реакций окисления, продукты разложения связующего, испарившийся наполнитель). Видно, что повышение температуры поверхности, связанное с увеличением доли лучистого теплового потока (рис. 2, б), приводит пе только к росту суммарной скорости уноса (рис. 2, а), но и сопровождается увеличением количества вещества, уносимого в газообразном виде. Это в целом повышает эффективность теплозащитного материала. [c.108] Вернуться к основной статье