2 / 14
В.В. Горский, А.А. Дмитриева
2
Инженерный журнал: наука и инновации
# 12·2017
непосредственно гетерогенную химическую реакцию между
углеродом и окислителем;
десорбцию со стенки газообразных продуктов реакции.
Если процесс окисления углерода происходит в среде молеку-
лярного кислорода, то возможны различные предположения о том,
как протекает эта реакция. Наиболее часто принимается, что за про-
цессом хемосорбции кислорода происходит распадение его молекул
на атомы, которые уже непосредственно участвуют в химической ре-
акции с образованием оксида углерода [8, 9]. При рассмотрении про-
цесса абляции материала в квазистационарной постановке массовые
скорости приведенных физико-химических превращений равны меж-
ду собой.
Результаты многочисленных экспериментальных исследований,
проведенных в середине XX в. на лабораторных стендах для случая
окисления плотного углерода в парах молекулярного кислорода, си-
стематизированы в виде степенного закона Аррениуса [7]:
2
Ox
O ,w
un w
K exp
,
n
E
G p
R T
(1)
где
Ox
G
— массовая скорость окисления углерода, кг/(м
2
с);
i
p
—
парциальное давление
i
-го вещества, Па;
n
— показатель степени
(порядок реакции),
n
= 5; K — предэкспоненциальный множитель,
K = 6 · (10
2
…10
7
) кг/(м
2
с
Па
n
);
T
— температура, K;
E
— энергия ак-
тивации,
E
1,9
10
8
Дж/кмоль;
R
un
— универсальная газовая посто-
янная, Дж/(кмоль
K); индекс «w» относится к стенке.
Кинетические константы
n
, K,
E
определяли при прямом физиче-
ском эксперименте, проведенном в широком диапазоне изменения
парциального давления молекулярного кислорода на стенке при
столь малых значениях скорости окисления, при которых этот про-
цесс практически не влияет на значение этого давления, а зависи-
мость
Ox
ln
G
от обратной температуры носит линейный характер.
Однако на диффузионном и сублимационном режимах абляции
углерода свободный кислород на стенке находится не в молекулярном,
а в атомарном состоянии. Получение же кинетических констант окис-
ления углерода в парах атомарного кислорода в прямом физическом
эксперименте не представляется возможным. Поэтому единственно
возможным способом получения данных является анализ результатов
абляционных экспериментов, проведенных при нахождении кислорода
на стенке в атомарном состоянии, в частности сублимационном режи-
ме абляции углерода [10].
Впервые попытка решения сформулированной задачи для субли-
мационного режима абляции углерода была предпринята в работе [8],