Solution de contrôle précis de la pression partielle de l'oxygène lors des tests de propriétés thermiques et de la carbonisation des matériaux résistants au théraml

Qu’est-ce que la pression partielle d’oxygène ?

La pression partielle de l'oxygène est définie comme la pression du composant oxygène gazeux dans le mélange gazeux, qui correspond à la pression totale appliquée lorsque le composant oxygène gazeux occupe seul tout le volume. La pression partielle d'oxygène est une variable couramment utilisée pour caractériser l'environnement d'oxydation des substances, en particulier dans des conditions de température élevée, la pression partielle d'oxygène est une variable environnementale importante.

Dans des conditions de température élevée pendant le service de vol, les performances de transfert de chaleur des matériaux extérieurs résistants à la chaleur de l'avion sont représentées par des matériaux composites résistants à la chaleur à base de résine, des matériaux composites structurels à faible ablation et sans ablation et des matériaux métalliques résistants aux hautes températures. et la teneur en oxygène de l'environnement dans lequel se trouvent les matériaux. Les indicateurs de pression sont étroitement liés.

Dans un environnement à haute température, la réaction de carbonisation pyrolytique des matériaux composites résistants à la chaleur à base de résine, le processus de sublimation et d'oxydation de la matrice de carbone et de la matrice de carbure de silicium des matériaux composites structurels à faible ablation/zéro ablation et la réaction d'oxydation de surface des matériaux composites à haute température. matériaux métalliques résistants à la température. Les deux sont affectés par la teneur en oxygène de l’environnement dans lequel se trouve le matériau. Dans le même environnement à haute température, la composition de la surface, la structure et les performances de transfert de chaleur des matériaux varient considérablement en fonction du changement de pression partielle d'oxygène dans l'environnement.

Par conséquent, dans la recherche sur les matériaux et les tests d'évaluation du sol, il est nécessaire d'effectuer divers tests de performances après traitement thermique des matériaux dans un environnement à haute température avec une pression partielle d'oxygène variable. Parfois même, simulez directement un environnement à haute température à pression partielle d'oxygène variable sur l'équipement de test correspondant et testez les diverses propriétés physiques du matériau.

Dans l'évaluation des performances physiques et l'évaluation des tests de matériaux résistants à la chaleur pour les avions, la température, la pression atmosphérique et la pression partielle d'oxygène sont trois variables environnementales importantes. Cependant, la plupart des instruments et équipements de test actuels ne peuvent simuler que l’environnement des changements de température et de pression atmosphérique. Il est encore impossible d’obtenir un contrôle précis de l’environnement à pression partielle d’oxygène variable. Par exemple, la conductivité thermique et le coefficient de rayonnement thermique des matériaux ne peuvent être mesurés que dans un environnement de température et de vide variable.

Cependant, la recherche sur les performances du processus d'ablation des matériaux ne peut être testée qu'avec des échantillons après carbonisation dans un environnement sous vide à haute température, ce qui ne permet pas d'obtenir les données de performances réelles des matériaux sous différentes pressions partielles d'oxygène. Notre client a mis en avant les exigences précises de contrôle de la basse pression de l'air et de la pression partielle de l'oxygène, et a fourni son soutien pour les tests et expériences suivants :

1. Sur la base d'un four de carbonisation sous vide à haute température, il est adapté pour atteindre le contrôle précis du vide variable et de la pression partielle d'oxygène variable. Il peut être cyclé plusieurs fois pour traiter divers matériaux résistants à la chaleur dans des conditions environnementales alternées, telles que le traitement de carbonisation de matériaux composites résistants à la chaleur à base de résine, et effectuer un traitement de surface sur des matériaux composites structurels à faible ablation/zéro ablation et à haute température. -Matériaux métalliques résistants.
2. Équiper le dispositif de test d'ablation pour atteindre un contrôle précis du vide variable et de la pression partielle d'oxygène variable, de manière à examiner les performances d'ablation et les performances d'isolation thermique dans différentes conditions de température, de degré de vide et de pression partielle d'oxygène.
3. Sur la base d'un équipement de test de performance de rayonnement thermique à haute température, il est équipé d'un contrôle précis du vide variable et de la pression partielle d'oxygène variable pour mesurer les performances de rayonnement thermique (réflectance spectrale et émissivité totale hémisphérique) des matériaux dans différentes conditions.

Cet article visera le calcul de conception résistant à la chaleur et l'optimisation de la modification des matériaux résistant à la chaleur des véhicules de rentrée atmosphérique et des véhicules hypersoniques dans l'espace proche. La demande de tests de propriétés physiques thermiques et de traitement des matériaux dans des environnements de service réels est proposée, et une solution de contrôle précise pour le vide variable et la pression partielle d'oxygène est proposée. Cette solution utilisera un contrôle à plage divisée pour atteindre un contrôle du vide de haute précision, et les dispositifs de support correspondant à cette solution de libération peuvent être utilisés pour les équipements de test et d'évaluation des paramètres de performance thermophysiques à haute température pour divers matériaux.

Selon la définition de la pression partielle d'oxygène, pour un gaz mélangé composé d'oxygène et d'azote, la pression partielle d'oxygène est égale à la fraction molaire d'oxygène dans le gaz mélangé multipliée par la valeur de pression absolue du gaz mélangé. On peut voir que dans le processus de contrôle de la pression partielle d'oxygène, la fraction molaire d'oxygène dans le gaz mélangé et la pression absolue du gaz mélangé doivent être contrôlées simultanément.

De plus, dans la demande avancée par notre client, la pression absolue impliquée est un environnement sous vide inférieur à une pression atmosphérique, et le gaz mélangé est généralement de l'azote et de l'oxygène, de sorte que le problème de contrôle de la pression partielle de l'oxygène peut être attribué aux éléments suivants deux parties:

1. Contrôlez le nombre de moles d’oxygène dans le gaz mélangé.
2. Contrôlez le degré de vide (pression absolue) du gaz mélangé. Afin d'atteindre les deux parties de contrôle ci-dessus, la solution proposée dans cet article est le système de contrôle de la pression partielle d'oxygène illustré à la figure 1.

Comme le montre la figure 1, afin de contrôler le nombre de moles d'oxygène dans le gaz mélangé, deux débitmètres massiques de gaz sont utilisés pour contrôler respectivement l'azote et l'oxygène s'écoulant hors du cylindre, de sorte que le nombre de moles d'oxygène dans le réservoir de mélange de gaz est conforme à La valeur de réglage est automatiquement contrôlée, garantissant ainsi que le rapport des moles de gaz mélangé et d'oxygène est toujours contrôlable avec précision. À ce moment-là, le mélange de gaz dans le réservoir de mélange présente une pression positive supérieure à la pression atmosphérique.

Le gaz mélangé avec un certain rapport molaire de gaz mélangé à l'oxygène entre dans le four à haute température parRégulateur de pression proportionnel de KAOLU, et le mélangeur traverse un four à haute température puis est déchargé à traversRégulateur de pression proportionnelet pompe à vide. Lorsque le débit de gaz et le débit d'échappement atteignent un équilibre dynamique, le contrôle précis du degré de vide dans le four à haute température peut être atteint.

En un mot, la technologie de solution de contrôle précise de la pression partielle d'oxygène mentionnée ci-dessus est très mature, et après un grand nombre de tests, la faisabilité et la fiabilité de cette solution ont été vérifiées, et elle peut pleinement répondre à la demande des clients en matière de pression partielle d'oxygène. contrôle dans des conditions de température élevée.

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