Тепловая защита Полежаев Ю.В., Юревич Ф.Б. (1013698), страница 74
Текст из файла (страница 74)
11-18 представлены кривые, полученные в результате термогравиметрического и дифференциально-термического анализов для полихлортрифторэтилена, нагреваемого в сухом азоте со скоростью Методы экспериментального исследования теплоэащитиых материалов !80 К(ч. Кривая, полученная из термогравиметрического анализа, идет горизонтально от 275,5 К и начинает круто падать вниз при 626 К. На кривой дифференциально-термического анализа видны пики, обусловленные эндотермическими реакциями при 476 и 676 К и экзотермическими реакциями при 626 и свыше 700 К. Данные, получаемые в результате термогравиметрического и дифференциального термического анализов, сильно зависят от особенностей эксперимента, причем в большей степени это относится к дифференциально-термическому анализу.
Например, физическая форма образца (монолит или порошок) может значительно повлиять на результаты дифференциально-термического анализа. Кроме того, количественные результаты, получаемые в результате измерения площадей под пиками или впадинами, могут иметь погрешность вследствие смещений нулевой базисной линии.
Данные термогравиметрического анализа значительно менее подвержены влиянию этих обстоятельств, однако на них могут сильно влиять другие факторы, как, например, темп нагрева, рабочая атмосфера и конструкция деталей оборудования. Обугленный слой представляет собой капиллярнопористую систему, скелет которой образуют армируюшие волокна и твердый остаток разложения связующего. Для расчета толшины прогретого слоя помимо толщины обугленного слоя необходимо знать характер изменения плотности (пористости) в нем, вид капилляров и размеры пор.
От размеров. капилляров будет зависеть режим истечения газообразных продуктов деструкции и наличие температурного равновесия между ними и твердой основой. Анализ пористости слоя кокса сводится к получению кри. вой распределения пор по размерам (радиусу). Эта характеристика наиболее существенна для исследования вопросов тепло- и массообмена в обугленном слое. Известен ряд методов для нахождения распределения пор по их раз. мерам. В случае пористых систем с размером пор от десятков микрон и ниже наиболее подходящим является метод вдавливания (нагнетания) ртути. При обычных условиях ртуть не проникает в поры погруженного в нее образца, так как она является не смачиваюшей твердое тело жидкостью. При увеличении давления ртуть входит в поры.
Объем вдавленной ртути будет равен объему пор. Между радиусом пор г и давлением р, которое требуется для проникновения ртути в поры, сушествует известное соотношение: г е Р=— г Коэффициент поверхностно1о натяжения ртути на границе с воздухом (при 1=20э С) 0=472 дин/см, а краевой угол при контакте с углеродом 0=142'. Приведенное уравнение предполагает, что поры являются цилиндрическими. На самом деле обугленный слой представляет беспоря- 300 дочную пористую систему, распределение пор в которой определяет Методы исследования стРуктуРы н тепловых ай структура наполнителя.
Поэтому определяемый в эксперименте радиус пор дает некое эффективное значение. На рис. 11-19 показана инте. гральная кривая распределения пористости по радиусу для типичногс коксующего теплозащитного материала. Максимальная пористость равная 34%, получается суммированием объема всех пор, радиус кото; рых лежит в пределах от минимального до максимально измеренного Пористость кокса зависит от структуры наполнителя, процентного сц держания связующего, химических процессов в материале. Для изучения химического состава обугленного слоя, что является очень важным для установления механизма разрушения, часто исполь1 зуется элементарный химический анализ на содержание С, Н, О.
Опре~ деление углерода и водорода производится сжиганием до двуокиси уг~ лерода СОе и паров воды НтО с последующим определением концен траций этих соединений. С помощью полученных данных можно рассчитать процентное со. держание углерода, водорода и кислорода в обугленном слое матерна ла. Обнаружено, что в слое кокса, состоящего из твердого остатка фе.
нольной смолы и наполнителя и образовавшегося при термодеструкциь в струе нагретого газа, углерода содержится несколько больше, чем в коксе, полученном при прогреве образца в печи. Для анализа состояния вещества в прогретом слое материала можнр использовать рентгенографический анализ. С помощью этого методд можно провести идентификацию ве- ществ на основе рентгенограмм Раз р, и-и иитатрааяиая кривая расяраке ЛИЧНЫХ КрИСтаЛЛИЧЕСКИХ фаэ, ПрИСУТ. ияиия яяристясти яя радиусу я йрокйкся ствующих в исследуемом материале. В основе рентгенографического метода исследования лежит дифракция рентгеновских лучей на кристаллических зе решетках различных веществ. Преимущество этого метода перед другими состоит в том, что для исследования ю достаточно очень малого количества материала, который к тому же не разрушается в процессе анализа.
~а Для тех же целей используется и метод инфракрасной спектроскопии, основанный на различной способности в мкм веществ поглощать свет в узком интервале длин волн инфракрасной области спектра. Для анализа газообразных продуктов разложения связующих в теплозащитных материалах используют метод газовой хроматографии, основанной на физико-химическом способе разделения компонент смеси газа при движении ее вдоль слоя сорбента.
Этот метод заключаетс1 в многократном повторении элементарных актов сорбции и десорбции1 ПРИЛОЖЕНИЯ Для удобства читателей приложения начинаются с основных обозначений, принятых в книге (прилож. 1), а также приводятся коэффициенты перевода единиц измерения из различных систем в систему СИ (прилож. П). Далее представлены результаты экспериментальных исследований различных теплофизических параметров теплозащитных и высокотемпературных материалов, которые должны помочь читателям при проведении количественных расчетов по формулам, полученным в предыдущих главах книги (прилож.
П1). Графическое представление зависимостей позволяет выявить общую тенденцию изменения важнейших теплофизическнх свойств с температурой, пористостью и т, д., что весьма полезно в тех случаях, когда приходится прибегать к экстраполяции (прилож. 1Ч). Все единицы измерения представлены в системе СИ. Наиболее известными в отечественной литературе справочными пособиями по теплофизичесиим свойствам являются работы (Л. П-1 — П-5). Кроме них, при подборе материалов для приложения использован ряд монографий и журнальных статей, перечисленных в списке литературы.
Необходимо обратить внимание на значительный разброс и даже определенную противоречивость имеющихся в литературе экспериментальных данных, особенно по влиянию пористости на коэффициент теплопроводности. Поэтому следует с большой осторожностью относиться к использованию аналогии между родственными материалами, поскольку зачастую влияние примесей или технологии изготовления оказывается существенно различным, В заключение приводится алфавитный список часто упот- 352 ребляемых в книге терминов.
Прилод ПРИЛОЖЕНИЕ ! УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНН)( Основные величины а — скорость звука, коэффициент аккомодацин, коэффициент температуропроводности; В! — критерий Био; Вь(Т) — спектральная интенсивность излучения твердой поверхности; с — удельная теплоемкость; с — удельная теплоемкость при постоянном объеме; с — удельная теплоемкость прн постоянном давлении; сг — массовая концентрация 1-й компоненты; 1)за — коэффициент диффузии бинарной смеси; Р— диаметр выходного сечения сопла; д — диаметр модели, частицы; Оа — число Дамкелера; Š— энергия активации: га†касательная составляющая инерционных снл; Ро — число Фурье; Π— скорость уноса массы, расход охладнтеля; О=61(са/ср)е — безразмерная скорость уноса массы; ЬН вЂ” тепловой эффект реакции; й — относительная доля газообразных продуктов разрушения внутри материала; 1 — энтальпия; 1о — энтальпия торможения потока; 1е — теплота образования компоненты; 1х(Т) — спектральная интенсивность излучения газа; 1эфф — эффективная энтальпия разрушения; ! — диффузионный поток массы; К вЂ” коксовое число, коэффициент ослабления; К„Кэ — соответственно коэффициенты поглощения и~ рассеяния; й — показатель адиабаты, постоянная Больцмана; Кэ — константа равновесия; Ь вЂ” характерный размер; Ее — число Льюиса; М вЂ” молекулярная масса; гл — масса, безразмерный параметр тепловой эффективности; М вЂ” число Маха; Приложения 354 и — нормаль к поверхности, показатель преломления; Хн — число Нуссельта; р †давлен; р, †давлен на внешней границе пограничного слоя; Рг — парциальное давление рй компоненты; р (Тм) †давлен насыщенного пара при температуре Т„; Рг — число Прандтля; П вЂ” пористостзи йй †тепло физико-химического превращения; дэ — конвективный тепловой поток на нереагирующей н непроницаемой поверхности; дя †радиационн тепловой поток; д — конвективный тепловой поток с учетом влияния вдува; Л вЂ газов постоянная, радиус кривизны тела в окрестности точки торможения; г(л) †расстоян от оси осесимметричного тела до рассматриваемой точки; Ке — число Рейнольдса; 5(т) — толщина унесенного слоя; Яс — число Шмидта; Я вЂ” число Стентона; Т вЂ” абсолютная температура; ( — безразмерное время; и, †скорос потока; и †продольн составляющая скорости; )ㄠ†скорос полета; Рг †скорос диффузии рй компоненты; о„ вЂ линейн скорость перемещения поверхности; и„ вЂ” квазистационарная линейная скорость уноса массы; о — нормальная составляющая скорости: юг †скорос химической реакции; Хг — мольная концентрация Ьй компоненты; Л вЂ безразмерн координата (гл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
