Xreferat.com » Рефераты по промышленности и производству » Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму

А сколько
стоит написать твою работу?

цену

Вместе с оценкой стоимости вы получите бесплатно
БОНУС: спец доступ к платной базе работ!

и получить бонус

Спасибо, вам отправлено письмо. Проверьте почту.

Если в течение 5 минут не придет письмо, возможно, допущена ошибка в адресе.

В таком случае, пожалуйста, повторите заявку.

Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Національний університет «Львівська політехніка»

Кафедра «Технології машинобудування»


Реферат

Дисципліна: Фізика металів

Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму”


Зміст


1 Мета роботи. Теоретичні дані

2 Визначення об’єкту дослідження

3 Складання математичної моделі теплообміну вольфрамового провідника

4 Результати дослідження. Висновки

Література


1 Мета роботи


1) Виявлення механізмів та встановлення закономірностей впливу фазового переходу (випаровування оксидної плівки), вимушеної та природньої конвекцій, стефанівської течії, тепловтрат випромінюванням до стінок реакційної установки, концентрації окислювача на характеристики високотемпературного окислення та критичні режими запалювання і потухання вольфрамових зразків різної форми (дротики, частки) та розмірів; 2) фізико-математичне моделювання вказаних процесів та явищ, необхідне для вирішення прикладних задач.

Об’єкт дослідження: вольфрамові зразки різної форми (сфера, циліндр), які нагріваються в повітрі з різним вмістом кисню.

Предмет дослідження: високотемпературне окислення і тепломасообмін металевих дротиків та часток з урахуванням випаровування оксидної плівки, випромінювання, конвекції та стефанівської течії на їх поверхні.

Методи дослідження: для вивчення високотемпературного тепломасообміну і окислення металевих дротиків в роботі використовується електротермографічний метод та метод визначення температури за допомогою комп’ютерної обробки цифрового зображення об’єктів дослідження. В теоретичній частині роботи використано методи комп’ютерного моделювання фізичних процесів з застосуванням системи символьної математики MATLAB.

Результати проведених досліджень розширюють знання про механізм та закономірності впливу фазових переходів, випромінювання та конвекції на високотемпературне окислення вольфраму. Отримані результати можуть бути використовані в металургії при розробці легіруючих металів та стійких до механічних навантажень матеріалів, в порошковій промисловості, в радіотерапії та медицині, в авіа- та ракетобудуванні, в приладобудуванні. Запропоновані фізико-математичні моделі, методики досліджень аналізу впливу різних механізмів тепломасообміну та режимних параметрів на високотемпературні стани можуть бути використані для вивчення окислення інших металів.


2 Визначення об’єкту дослідження


Температура дротику, який нагрівався електричним струмом, розраховувалась із залежності його питомого опору від температури. Електротермографічний метод дозволяє вимірювати температури металевих дротиків в широкому інтервалі її значень. В області високих температур (>1100 К) температура вольфрамових дротиків вимірювалась незалежними методами оптичної пірометрії та комп’ютерної обробки цифрового зображення. Спостерігається добре погодження результатів вимірів з використанням цих методів. Окрім того, розроблений нами метод безконтактного визначення температурного поля на основі комп’ютерної обробки цифрового зображення випромінюючих об’єктів дослідження дав змогу визначити розподіл температури повздовж вольфрамового дротику і температуру рухомих вольфрамових часток.

За допомогою отриманих експериментальних часових залежностей температури вольфрамового дротику встановлено послідовність стадій його окислення та тепломасообміну з газом. Перша стадія - стадія інертного нагрівання дротика до температури, яка визначається джоулевим тепловиділенням і тепловтратами молекулярно-конвективним шляхом до оточуючого газового середовища. На другій, найбільш продовженій стадії, на поверхні дротику розпочинаються процеси окислення вольфраму з утворенням твердої оксидної плівки, в результаті чого температура дроту зростає до температури плавління оксиду. Завершаюча - третя стадія характеризується плавлінням оксидної плівки, її випаровуванням, інтенсивним окисленням вольфраму та перегоранням дротику.

Експериментальним шляхом для різних діаметрів вольфрамових дротиків визначені критичні значення сили струму, при яких спостерігається перехід процесів тепломасообміну та окислення до високотемпературного режиму. Представлені результати експериментальних досліджень впливу природньої та вимушеної конвекцій на характеристики високотемпературного окислення вольфрамових провідників при різній просторовій орієнтації їх відносно напряму швидкості руху повітряних мас. Результати експериментів добре погоджуються з теоретичними розрахунками.

Експериментальні термограми для вольфрамового дроту з геометричними розмірами Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму=70 мкм, Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму=8 см і силі струму Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму=1.15 А показали, що в умовах природньої конвекції при повздовжньому його розташуванні відносно гравітаційних сил час виходу на високотемпературний режим тепломасообміну зменшується практично в 2 рази. Цей факт можна пояснити тим, що у випадку природньої конвекції внаслідок виштовхуючої сили для вертикально розташованого дротика по всій його довжині існує тепловий прошарок, в результаті чого тепловтрати до холодного газу зменшуються, особливо в його верхній частині і перегорання відбувається ближче до верхнього контакту. У випадку горизонтального розташування дротику його перегорання відбувається переважно по центру. При вимушеному потоці повітря ситуація змінюється на протилежну-раніше перегорає горизонтально розташований дротик, так як збільшується площина його омивання холодним потоком. Встановлено, що в умовах природньої конвекції критичні значення сили струму, при якому здійснюються високотемпературні стани для вертикально розміщеного дротика менші, чим для горизонтального.

В роботі проведені експериментальні дослідження впливу теплообміну випромінюванням вольфрамового дротика зі стінками реакційної камери на час існування високотемпературного стану дротика. Для зменшення тепловтрат випромінюванням провідник розташовувался в фокусі циліндричного дзеркала. Отримано, что перегорання дротику Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму=210 мкм, Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму=10 см при силі струму Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму=4.5 А у відсутності тепловтрат випромінюванням відбувається на 20 с раніше. Провідник Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму=70 мкм при силі струму Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму=1.05 А в аналогічних умовах перегорає на 10 с раніше. Таким чином, збільшення діаметру дротика приводить до зростання впливу теплообміну випромінюванням, що пов’язано з ростом випромінюючої поверхні.


3 Складання математичної моделі теплообміну вольфрамового провідника


Запропонована фізико-математична модель тепломасообміну та окислення вольфрамового провідника, що нагрівається електричним струмом, з урахуванням випаровування оксидної плівки з його поверхні.

Рівняння теплового балансу має вигляд:


Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму, Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму. (1)


Зміна товщини окисної плівки з урахуванням її випаровування описується рівнянням:


Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму, Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму, (2)


Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму, Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму, Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму, (3)

Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму, Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму, (4)


Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму, Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму, (5)


Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму, Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму, (6)


Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму, (7)


де Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму, Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму, Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму – питома теплоємність, коефіцієнт теплопровідності та густина вольфраму; Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму, Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму, Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму; Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму, Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму, Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму– температура частки, газу та стінок реакційного устрою, К; Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму– товщина оксидної плівки, м; Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму– відносна масова концентрація кисню в повітрі, Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму=0.23 при Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму=105 Па; Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму– тепловий ефект реакції, Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму; Nu, Sh – критерії Нуссельта, Шервуда; Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму– коефіцієнт дифузії кисню через плівку окислу, Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму; Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму– енергія активації, Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму; Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму– коефіцієнт теплообміну, Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму; Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму, Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму – коефіцієнт теплопровідності та густина газу, Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму, Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму; Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфрамуДослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфрамустепінь чорноти оксидної плівки; Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму- питомий опір при температурі Т0=273 К, ОмЧм; Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму–температурний коефіцієнт опору, Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму; Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфрамуДослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфрамусила струму, А; Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму – питома теплота пароутворення, Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму; Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму, Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму– швидкості наростання та випаровування оксидної плівки, Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму; Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму, Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму, Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму, Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму– густини теплових потоків конвекцією, випромінюванням, до контактів та на випаровування оксиду, Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму; Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму, Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфрамуДослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфрамугустини хімічного та джоулева тепловиділення, Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму.

Рівняння (1)-(7) описують високотемпературний тепломасообмін і кінетику окислення металевих дротиків при нагріванні їх електричним струмом.

На рис. 1 представлені результати розрахунків по даній фізико-математичній моделі для вольфрамового дротика, який нагрівається електричним струмом в середовищі кисню в порівнянні з експериментальними даними. Коректність побудованої моделі забезпечується добрим погодженням результатів теоретичних та експериментальних досліджень.


Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму

Рис.1. Часові залежності температури вольфрамового провідника (а) та товщини окислу на його поверхні (б) при потужності електричного струму


Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму=106,4Ч10-4 Вт/м2. Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфрамуДослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму=50 мкм, Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму=7 см, Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму=1, швидкість обдуву провідника Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму=0.13 м/с. 1 – з врахуванням, 2 – без врахування тепловтрат на випаровування оксидної плівки; ооо – експериментальні дані [1] Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму Мержанов А.Г. Тепловая теория воспламенения частиц металлов // Ракетная техника и космонавтика. – 1975. – Т.13, №2. – С.106-112.

Без врахування тепловтрат на випаровування оксиду температура дротика зростає, досягає максимального значення, потім зменшується внаслідок збільшення товщини оксиду (рис.1, крива 2). При досягненні товщиною оксидної плівки критичного значення Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму відбувається затухання реакції окислення на поверхні провідника, внаслідок зменшення густини хімічного тепловиділення. Врахування випару оксиду приводить до появи макcимуму на залежності Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму (крива 1), так як швидкість випаровування плівки при певних температурах починає перевищувати швидкість її утворення.

Із умови теплової рівноваги знайдемо залежність сили струму від стаціонарної температури провідника, яка визначає стійкі та критичні режими його окислення і тепломасообміну з газовим середовищем:


Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфрамуДослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму. (8)


Розрахована по формулі (8) залежність Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму представлена на рис.2. Екстремуми на кривій Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму характеризують критичні режими запалення дротику (т. Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму-максимум) та потухання (т.Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму-мінімум) при відповідно критичних значеннях сили струму Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму та Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму. Крива до т. Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму-область низькотемпературного окислення дротику. Щоб перевести дротик із заданою початковою товщиною оксидної плівки Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму до високотемпературного стану, необхідно збільшити силу струму до значення, обумовленого т.Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму, у якій загальний теплоприхід до дротика за рахунок джоулева і хімічного тепловиділення максимально перевищує тепловтрати в газ, до стінок і через кінці дротика до контактів. Для всіх значень сили струму Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму дротик із заданою Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму буде запалюватися і переходити в стійкий високотемпературний стан. Для того, щоб перевести дротик з високотемпературного стану в низькотемпературний, потрібно зменшити значення сили струму до величини Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму. Запалювання дротика силою струму в інтервалі Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму може також відбуватися, якщо його початкова температура вища значення, що лежить на кривій між точками Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму та Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму для відповідного значення Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму. Таким чином, спостерігається гістерезисна поведінка температури дротика в залежності від сили струму, що нагріває його. Область гістерезису обмежується критичними значеннями Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму та Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму. Критичні режими нестійкі і визначають переходи з низькотемпературного стану до високотемпературного і навпаки. При значеннях сили струму Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму
					</div>
					<div class=Страницы: 1 2