Способ определения каталической активности материалов Советский патент 1974 года по МПК G01N25/00 

1

Изобретение относится к тенлофизическим исследованиям в физической .газовой динамике или аэрофизике и может быть иснользовано в материаловедении для определения каталитической активиости различных, в том числе и исиользуемых в технике материалов при рекомбинации атомов диссоциированного газа на обтекаемой им поверхности.

Известен снособ онределения каталитической активиости материалов по отношению к рекомбинации ато.мов ири химически замороженном или неравновесном течении в иограиичном слое, основанный иа измерении теиловых потоков.

Недостатком такого сиособа является то, что не все материалы могут быть исследованы с его номощью. Кроме того, большинство материалов, покрытий, используемых в техиике, трудно получить в виде тонкой (порядка несколькпх мкм) пленки с coxpaиeииe их свойств, значения Kw, вычисленные такил способом, характеризуются большой погрешностью.

С целью повышения точности измерений исследуемый материал располагают на всей поверхиости модели, иаиример, иластине или клине, перед двумя дифференциально включенными тепловыми датчиками, находящимися в одинаковых условиях невязкого обтекания. Поверхность исследуемого материала на

половине модели на всем ее протяжении и поверхность обоих датчиков покрывают тонкой иленкой с известной каталитической активностью, измеряют разность тепловых потоков к датчикам от газа, прошедшего над исследуемой поверхностью и иад иоверхностью с известной каталитической активностью и по разности оиределяют каталитическую активность материала. Предлагаемый способ осушествляется следующим образом.

Исследование проводится в горячем потоке удариой трубы за падаюш,ей ударной волной. В качестве рабочего используется исследуемый газ, для которого необходимо определить

скорость рекомбинации атомов Kw на поверхиости исиытываемого материала. Может быть использоваиа и смесь газов, например, воздух, если ее можио ириближенно рассматривать как бинарную смесь атомов и молекул.

При это.м определяется эффективное значение /(кСоздается режим, при котором в иабегающем потоке имеет место высокая степень диссоциации (а 0,5), при давлении, обеспечивающем замороженное нли близкое к нему иеравиовесное течение в пограничном слое на модели. Модель удобно выполнить в виде пластины или клина (фиг. 1). Поверхност..

модели покрывают исследуемым материалом 1. в пазах модели на уровне с ее поверхностью монтируют калориметрические, либо пленочные датчики электрического сопротивления 2 для измерения теплового потока. Датчики располагают на одинаковом расстоянии от передней кромки модели и находятся в одинаковых условиях невязкого обтекания. Половина модели 3 перед одним из датчиков, а также оба датчика покрываются тонкой пленкой одного и того же материала, обладающего известной каталитической активностью по отношению к рекомбинации атомов исследуемого газа, например, достаточно высокой каталитической активностью Kw 1000 см/сек. Примерно такие значения /Си, имеют серебро, платина, медь.

Тепловые датчики включают в соседние плечи мостовой измерительной схемы. При одинаковых размерах, теплофизических и электрических характеристиках датчиков, одинаковой силе тока, пропускаемого по датчикам, что осуществляется балансировкой моста, сигнал в измерительной диагонали пропорционален разности удельных тепловых потоков. Кроме того, измеряется абсолютная величина теплового потока к одному из датчиков.

Допустим, что исследуемый материал обладает существеш1о меньшей каталитической активностью, чем материал пленки, нанесенной на половину модели и датчики. В этом случае распределения удельных тепловых потоков по длине модели будут иметь характер, показанный на фиг. 2. Кривая 4 соответствует поверхности, покрытой пленкой с известной каталитичностью: кривая 5 соответствует поверхности исследуемого материала.

Разность средних интегральных значений теплового потока по поверхности датчиков, подлежащая измерению в эксперименте, равна Ag. Выброс теплового потока на поверхности датчика в случае исследуемого материала обусловлен ступенчатым возрастанием каталитичности поверхности на границе исследуемого материала и датчика. Влияние температурной ступеньки на распределение тепловых потоков пренебрежимо мало из-за малой величины этой ступеньки, вследствие кратковременности процесса ( сек) и из-за большого перепада между энтальпией торможения потока и энтальпией газа при температуре поверхности.

В эксперименте измеряются также скорость движения ударной волны и давление перед ней, т. е. начальное давление в отсеке низкого давления. Этих параметров достаточно,

чтобы определить все остальные параметры набегающего потока. Для условий эксперимента проводится расчет тепловых потоков для случая известной каталитической пленки и при варьировании величины Kw для исследуемого материала. Расчет проводится численным методом. Величина /С для исследуемого материала определяется путем сопоставления данных эксперимента и расчета в виде

, где А - разность тепловых потоков для

9ш

двух датчиков, qw - тепловой поток к одному из датчиков. Сопоставление расчета и эксперимента в таком виде позволяет в значительной мере исключить погрешности в определеНИИ параметров потока и повысить за счет этого точность определения Kw Определение /Си иллюстрируется на фиг. 3, где приведена расчетная кривая 6, и указано значение искомой величины Кгсх, соответствующее Д

меренной величине (-- эксперимента.

9w J Предмет изобретения

Способ определения каталитической активности материалов по отношению к рекомбинации атомов при химически замороженном или неравновесном течении в пограничном слое, основанный на измерении тепловых потоков,

отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, исследуемый материал располагают на всей поверхности модели, например, пластины или клина, перед двумя дифференциально включенными тепловыми датчиками, находящимися в одинаковых условиях певязкого обтекания, поверхность исследуемого материала на половине модели перед одним из датчиков на всем ее протяжении, и поверхность обоих датчиков покрывают тонкой пленкой с известной каталитической активностью, измеряют разность тепловых потоков к датчикам от газа, прошедшего над исследуемой поверхностью и над поверхностью с известной каталитической активностью, и по разности определяют каталитическую активность материала.