碳基材料氧化烧蚀的快/慢反应动力学问题

摘要：

在前期单/双平台问题研究的基础上[1],就学术上和工程应用中关注的碳在空气中燃烧的“快反应”和“慢反应”问题进行了深入分析,研究发现被广泛使用50余年的“慢反应”并不存在,而被弃置的“快反应”则真实存在,且具有重要的应用价值.采用“快反应”动力学数据,同时考虑CO、CO2两个烧蚀产物,得到的无量纲烧蚀速率随温度的变化曲线存在两个平台,其中,温度稍低情况下出现的第一平台对应的主要烧蚀产物为CO2,温度稍高情况下出现的第二平台对应的主要烧蚀产物为CO,且第一平台对应的无量纲烧蚀速率恰好是第二平台的1/2.过去常被忽略的CO2扮演了重要角色,由它产生的第一平台,将以往文献中看似完全独立、毫无关系的“快反应”和“慢反应”曲线建立了联系.理论分析表明:第一平台之前的快速上升段属于从速率控制区到扩散控制区的过渡区,第一平台及其以后的区域都属于扩散控制区(包括两个平台之间的连接线),它是由反应生成物CO与CO2的分压比δ从0到∞的变化引起的,与表面化学反应动力学条件完全无关.由“双平台”理论得到的从低温到高温、由速率控制区经由过渡区到达扩散控制区的整条烧蚀速率曲线,与实验结果完全吻合.

关键词：碳基材料、烧蚀、反应动力学、边界层扩散、双平台理论

所属期刊栏目：33

分类号：TP601(射流技术（流控技术）)

资助基金：国家重点基础研究发展计划项目2014CB744100;国家重点研究发展计划“大科学装置前沿研究”重点专项2016YFA0401200

在线出版日期：2019-06-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：17-22,101