Решение точного контроля парциального давления кислорода во время испытаний термических свойств и карбонизации термостойких материалов

Что такое парциальное давление кислорода?

Парциальное давление кислорода определяется как давление газообразного компонента кислорода в газовой смеси, которое соответствует общему давлению, приложенному, когда один газообразный компонент кислорода занимает весь объем. Парциальное давление кислорода — это переменная, обычно используемая для характеристики среды окисления веществ, особенно в условиях высоких температур. Парциальное давление кислорода является важной переменной окружающей среды.

В условиях высоких температур при летной эксплуатации изучены показатели теплопередачи наружных жаростойких материалов самолета, представленных жаростойкими композиционными материалами на основе смол, малоабляционными и нулевыми конструкционными композиционными материалами, а также жаростойкими металлическими материалами. и содержанием кислорода в среде, в которой находятся материалы. Показатели давления тесно связаны между собой.

В условиях высокой температуры происходит реакция пиролитической карбонизации термостойких композиционных материалов на основе смол, процесс сублимации и окисления углеродной матрицы и матрицы карбида кремния конструкционных композиционных материалов с низкой или нулевой абляцией, а также реакция поверхностного окисления высокотемпературных материалов. термостойкие металлические материалы. На оба фактора влияет содержание кислорода в среде, в которой находится материал. В одной и той же высокотемпературной среде состав поверхности, структура и характеристики теплопередачи материалов сильно различаются в зависимости от изменения парциального давления кислорода в окружающей среде.

Поэтому при исследовании материалов и наземных оценочных испытаниях необходимо проводить различные эксплуатационные испытания после термообработки материалов в высокотемпературной среде с переменным парциальным давлением кислорода. Иногда даже напрямую моделируют высокотемпературную среду с переменным парциальным давлением кислорода на соответствующем испытательном оборудовании и проверяют различные физические свойства материала.

При оценке физических характеристик и оценке испытаний термостойких материалов для самолетов температура, давление воздуха и парциальное давление кислорода являются тремя важными переменными окружающей среды. Однако большинство современных испытательных приборов и оборудования могут только моделировать окружающую среду с изменениями температуры и давления воздуха. До сих пор невозможно достичь точного контроля переменного парциального давления кислорода в окружающей среде. Например, теплопроводность и коэффициент теплового излучения материалов можно измерить только в условиях переменной температуры и вакуума.

Однако исследование производительности процесса абляции материала может быть проверено только на образцах после карбонизации в высокотемпературной вакуумной среде, что не позволяет получить реальные данные о производительности материалов при различных парциальных давлениях кислорода. Наш клиент выдвинул точные требования к контролю низкого давления воздуха и парциального давления кислорода и оказал поддержку в следующих испытаниях и экспериментах:

1. Основанная на высокотемпературной вакуумной печи карбонизации, она приспособлена для достижения точного контроля переменного вакуума и переменного парциального давления кислорода. Его можно запускать несколько раз для обработки различных термостойких материалов в изменяющихся условиях окружающей среды, таких как обработка карбонизацией термостойких композитных материалов на основе смол, а также обработка поверхности конструкционных композитных материалов с низкой или нулевой абляцией и высокотемпературных материалов. -стойкие металлические материалы.
2. Оснащение испытательного устройства для абляции для достижения точного контроля переменного вакуума и переменного парциального давления кислорода, чтобы проверить эффективность абляции и характеристики теплоизоляции при различных температурах, степени вакуума и условиях парциального давления кислорода.
3. На основе оборудования для тестирования характеристик высокотемпературного теплового излучения он оснащен точным контролем переменного вакуума и переменного парциального давления кислорода для измерения характеристик теплового излучения (спектральная отражательная способность и полусферическая полная излучательная способность) материалов в различных условиях.

Целью данной статьи является расчет термостойкой конструкции и оптимизация модификации термостойких материалов атмосферных спускаемых аппаратов и гиперзвуковых аппаратов ближнего космоса. Предлагается потребность в тестировании теплофизических свойств и обработке материалов в реальных условиях эксплуатации, а также предлагается точное решение для управления переменным вакуумом и парциальным давлением кислорода. В этом решении будет использоваться управление разделенным диапазоном для достижения высокоточного контроля вакуума, а вспомогательные устройства, соответствующие этому решению по освобождению, могут использоваться для оборудования для испытаний и оценки параметров высокотемпературных теплофизических характеристик для различных материалов.

Согласно определению парциального давления кислорода, для газовой смеси, состоящей из кислорода и азота, парциальное давление кислорода равно мольной доле кислорода в газовой смеси, умноженной на значение абсолютного давления газовой смеси. Видно, что в процессе регулирования парциального давления кислорода необходимо одновременно контролировать мольную долю кислорода в газовой смеси и абсолютное давление газовой смеси.

Кроме того, в требовании, выдвинутом нашим клиентом, абсолютное давление представляет собой вакуумную среду менее одного атмосферного давления, а смешанный газ обычно представляет собой азот и кислород, поэтому проблему контроля парциального давления кислорода можно отнести к следующим две части:

1. Контролируйте количество молей кислорода в газовой смеси.
2. Контролируйте степень вакуума (абсолютное давление) газовой смеси. Чтобы достичь двух вышеупомянутых частей содержания управления, решением, предложенным в этой статье, является система управления парциальным давлением кислорода, показанная на рисунке 1.

Как показано на рисунке 1, для контроля количества молей кислорода в газовой смеси используются два массовых расходомера газа для контроля азота и кислорода, вытекающих из баллона соответственно, так что количество молей кислорода в смесительном резервуаре газа соответствует. Значение настройки контролируется автоматически, что гарантирует, что соотношение молей газовой смеси и кислорода всегда точно контролируется. В это время газовая смесь в смесительном резервуаре имеет положительное давление, превышающее одно атмосферное давление.

Газовая смесь с определенным молярным соотношением газовой смеси к кислороду поступает в высокотемпературную печь черезПропорциональный регулятор давления KAOLU, и смеситель протекает через высокотемпературную печь, а затем выгружается черезПропорциональный регулятор давленияи вакуумный насос. Когда поток газа и поток выхлопных газов достигают динамического баланса, можно достичь точного контроля степени вакуума в высокотемпературной печи.

Одним словом, упомянутая выше технология точного контроля парциального давления кислорода очень зрелая, и после большого количества испытаний была проверена осуществимость и надежность этого решения, и оно может полностью удовлетворить потребности клиентов в парциальном давлении кислорода. контроль в условиях высоких температур.

Если вам интересноПропорциональный регулятор давления KAOLU, Пожалуйста, свяжитесь с нами для получения дополнительной информации!