Углерод

Допустим, что представленная зависимость (5.27) справедлива в более широком температурном диапазоне. Следует убедиться также в том, что изменение средней пористости в сублимирующем слое при 5%-ной степени уноса, как это было в наших опытах, невелико, так что влиянием изменения пористости на эффективный коэффициент диффузии можно пренебречь. На рис. 5.14 приведено распределение плотности в слоях при сублимации углерода при высоких температурах и скоростях потока, отвечающих, как мы видели, кинетическому режиму сублимации.

Read more »

На рис. 5.22 видно, что во всем диапазоне изменения температур от 2800 до 3500 К и скоростей потока инертного газа от 0,5 до 30 м/с процесс сублимации проходит все режимы - от равновесно-диффузионного до кинетического. Кривая на рис. 5.22 имеет два четко выраженных участка. Первый соответствует сравнительно низким значениям Re (примерно от 100 до 1500). На этом участке зависимость lg (Nu/Рг¹^³) от lg Re описывается прямой с постоянным наклоном, равным 0,5. Второй участок область наибольших значений Re (Re > 4000) и постоянных значений Nu -области кинетической сублимации. Между ними существует переходная область, в которой наклон кривой Nu = /(Re, Рг) непрерывно изменяется.

Read more »

Изменение средней молекулярной массы в зависимости от температуры представлено на рис. 5.20. Коэффициент диффузии для пара углерода рассчитывался с учетом потенциальной функции межмолекулярного взаимодействия Ленарда Джонса по соотношению, где D₁₂ - коэффициент диффузии пара углерода в аргоне, м²/с; Т - температура, К; М_х молекулярная масса пара углерода; М₂ - молекулярная масса аргона; р общее давление смеси; 1 интеграл взаимодействия, который является функцией кТ/е; а₁₂, как и е₁₂/к - параметры потенциальной энергии молекул, характеризующие взаимодействием молекул пара и аргона, А и К соответственно: а₂ и е₂ для аргона. Имеющиеся данные о параметрах потенциальной энергии молекул недостаточны. В частности, для молекул пара углерода С, С₂ и С₃ получение этих данных представляет трудности.

Read more »

Скорость сублимации будет определяться лишь температурой процесса. Образующийся пар будет сноситься с поверхности материала, C_w будет равна нулю, и сублимация будет происходить как в вакууме. В этом случаеЧтобы рассчитать удельную, скорость сублимации графита по полученному соотношению (5.22), необходимо иметь значение эффективного коэффициента сублимации а’, эффективного коэффициента диффузии D’ для выбранной марки графита и зависимость коэффициента массопереноса (5 от Re и Рг. Эти величины и их температурную зависимость необходимо определять экспериментально. Для расчета необходимо иметь значения коэффициентов переноса пара углерода D₁₂ и ц в инертном газе (в нашем случае в аргоне), значение средней молекулярной массы пара М, состоящего из ряда крупных молекул, и давление насыщенного пара углерода p_s.

Read more »

Обозначим vajD’ = X², тогда уравнение примет вид: и его решение выразится в виде у = у₀е ; при х = 0 у =у₀ = C_s - C_w. Окончательно. Нас интересует удельная скорость сублимации, равная потоку пара, проходящему через единицу поверхности материала в единицу времени. Он равен общему количеству вещества, сублимирующего с единицы свободной поверхности в единицу времени:илиСкорость сублимации будет равна скорости отвода пара от поверхности путем вынужденной диффузии, т.е. (C_s - C_w) yfWW= Ц (C_w - Со), где С* концентрация пара в свободном потоке.

Read more »

Таким образом, можно заключить, что процесс сублимации углерода при нормальном давлении в диапазоне температур 2800 - 3500 К и скоростей потока 0,5 - 30 м/с охватывает все режимы сублимации - от равновесного до кинетического, в котором закономерности соответствуют сублимации в вакууме. Вторым существенным результатом наблюдений является то, что сублимация углерода представляет собой объемный процесс, который протекает не только на внешней поверхности, но и в объеме пористого тела. Для сублимации углерода при повышенных давлениях (0,5 и 0,8 МПа) характерно то, что увеличение давления от нормального до 0,5 МПа приводит к заметному снижению скорости сублимации. Дальнейшее же увеличение давления до 0,8 МПа практически не влияет на скорость сублимации (рис. 5.18). Анализ процесса сублимации углерода.

Read more »

При дальнейшем возрастании температуры скорость потока 12,5 м/с не обеспечивает полного сноса пара с поверхности, благодаря чему происходит торможение процесса сублимации. При дальнейшем увеличении скорости потока до 20 м/с и более скорость сублимации перестает зависеть от скорости потока во всем исследованном диапазоне температур (см. рис. 5.15).

Read more »

Результаты химического микроанализа графита такого образца, его внешних каплеобразных наплывов и графита, взятого с поверхности основной сферы, представлены в табл. 5.2. Анализ проведен в аналитической лаборатории ИГИ. Качественная картина, полученная с помощью рентгеноструктурного анализа, устанавливает большую упорядоченность графита в поверхностном слое образца, чем в каплях. Приведенные в табл. 5.2 данные свидетельствуют об отличии химического состава капли и подложки. По-видимому, сублимирует прежде всего неупорядоченная “аморфная” часть графита и улетучиваются все возможные добавки. Поверхностный слой сферы оказывается практически чистым графитом. Распределение плотности по радиусу углеродного образца после его сублимации при различных режимах также свидетельствует об объемном характере процесса.

Read more »

В результате экспериментов также было отмечено, что средняя плотность углерода после опыта уменьшается, диаметр же сферической частицы либо остается неизменным (при скоростях потока w > 8 м/с), либо даже несколько увеличивается. Только для очень малых степеней уноса (2 3%) наблюдалось уменьшение диаметра при незначительном изменении плотности. Увеличение диаметра сферы происходило главным образом при сублимации в условиях обтекания образца потоком с небольшой скоростью (0,5 и 1,0 м/с) и при повышенных давлениях окружающей среды (0,5 и 0,8 МПа). При скоростях w > 8 м/с относительный диаметр не превышал d/d₀ = 1, где d - диаметр частицы после опыта, d₀ - начальный диаметр. Если бы процесс сублимации происходил только с внешней поверхности, то при уносе 5-8% вещества было отмечено заметное изменение диаметра. Проведенный анализ показал, чта при небольших степенях уноса (примерно 5%) и небольших скоростях потока омывающего газа происходит некоторая конденсация пара на поверхности, благодаря чему отмечается увеличение диаметра сферической частицы.

Read more »

Для определения скорости сублимации углерода при атмосферном и повышенных давлениях были выбраны метод потока инертного газа химически чистого аргона и весовое измерение скорости процесса. Опыты проводились на той же экспериментальной установке, на которой изучалось взаимодействие углерода с газами. Нижний температурный предел при экспериментах определялся чувствительностью и точностью весовой системы, позволяющей фиксировать наиболее низкие скорости сублимации, т.е. по существу начало процесса. В нашем случае чувствительность весовой системы была достаточно высока, а методическая организация опытов давала возможность измерять скорость сублимации порядка 10″⁶ кг/(м² - с).

Read more »