Способ определения каталитической активности материалов Советский патент 1979 года по МПК G01N25/22 

, : Изобретение относится к области технической физики, а также к теплофизичес-) КИМ исследованиям в физической газовой динамике или аэрофизике, .и может быть использовано в материаловедении для определения каталитической активности раэЛичных материалов, используемых в технике, которые в рабочем состоянии обтекаются диссоциированным газом, и тепловой поток от газа к ним в значительной степени зависит от интенсивности.рекомбинации атомов на поверхности. Известный спосод определения каталитической активности материалов, которые могут быть нанесены в виде тонкой пленки ( мкм) на поверхности теплового датчика, основан на измерении теплового потока в окрестности критической точки при замороженном течении в пограничном слое и последующем расчете каталитической активности с использованием теории пограничного слоя l. Основным недостатком этото способа является то, что с его помощью може быть исследован ограниченный круг мате- риалов, которым трудно найти практическое применение,. Ближайшим техническим решением к изобретению является способ, в котором каталитическая активность может быть определена для любого материала, основанный на измерении разности тепловых потоков к поверхности дифференпиаяьно включенных датчиков, покрытых этаповным материалом с известной каталитической активностью и расположенных на модели за участками поверхности, один из которых покрыт эталонным материалом, другой - исследуемым. Одновременно. меряется абсолютная величина теплового потока за участком эталонного материала. Каталитическая активность исследуе- мого материала определяется на основании сопоставления относительной измёревнсй разности тепловых потоков с ее расчет яыми значениями,, полученными шсес ради задаваемых в расчете значений катапитическсА активности 2.

69.3200

Недостатки этого с пек. оба эаключают ся в том, что каталитическую активность исследуемого материала приходится определять на основании сопоставления измеренной величины с расчетной кривой, расчет пограничного слоя с учетом неравновесных процессов и диффузии може быть недостаточно точен иэ-за недостаточной достоверности используемых в расчетах констант и характеристик; непосред- Ю ственное измерение разности двух близких величин при дифференциально включенных датчиках может привести к существен ным ошибкам, поскольку при пересчете электрического сиг«ала на разность тетьловых потоков приходится использовать параметры датчиков, определяемые с погрешностью, кроме того, очень трудно получить абсолютно одинаковые датчики, а это при дифференциально включенных даа чиках приводит к усложнению электрической схемы, что также влечет за собой рост погрешности. Целью изобретения.является повышение ТОЧНОСТИ определения каталитической актив ностй. -:. . : ;,. , ; . Для достижения поставленной цели в способе, заключаюшемся в том,.что исследования проводят при химически замороженном или неравновесном течении в ; пограничном слое, два участка поверхности модели, например, пластины или клина находящихся в одинаковых условиях невязкого обтекания, покрывают один - исследуемым материалом, другой - эталонным с известной высокой каталйт 1ческой активностью (например платиной), используют для измерений датчики теплового по тока, покрытые эталонным материалом и расположенные непосредствейно за этими участками поверхности, создают на модели по крайней мере два дополнительный У4йс;тка поверхности, находящихся в одинаковых условиях с двумя первыми относительно набегающего потока газа, покры вают один иэ них некаталитическим материалом, другой - материалом с известным промежуточным значением каталитической активности, измеряют абсолютные величи- ны тепловых потоков за каждым участком поверхности, на основании тепловых потоков, измеренных за участками Поверхности с известной каталитической аквтиностью, и по величи з:е теплового потока., иэмёрённого за участком исследуемого материала, определяют каталитическую ак- тивность последнего.

Сушность изобретения состоит в следующем.

На модели создают участки поверхности, находящиеся в одинаковых условиях невязкого обтекания. Один из этих участков покрывают исследуемым материалом, другой - эталонным с известной и желательно более высокой каталитической актцвностью. Датчики теплового потока располагают непосредственно за указанными участками и покрывают их пленкой эталонного материала. Кроме того на модели создают дополнительные участки поверх- . ности, по крайней мере два, один из них покрывают некаталитическим материалом, другой - материалом с конечным промежуточным значением каталитической активности, измеряют абсолютные значения тепловых потоков за каждым учасаком, а не их разности, как в практике, на основании величин тепловых потоков, полученных за участками с известной каталитической активностью, определяют опорные точки зависимости относительно теплового потока от каталитической активности и по относительной величине тепло- . в.ого потока, измеренного за участком исследуемого материала, определяют каталитическую активность последнего. Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Измерения выполняют, например, в горячем потоке ударной трубы, следукншем за падающей ударной волной. В качестве рабочего И1спользуют исследуемый газ, т. е. газ,- для которого требуется определить скорость рекомбинации атомов (K на поверхности исследуемого материала. Создают режим, при котором в набегающем на модель потоке имеет место высокая степень диссоциации ,5). и течение в пограничном слое на модели является замороженным или близким к нему. На фиг. 1 представлена модель, выполненная fe виде пластиць или клина; на фиг. 2 - схема определения опорных точек и константы скорости каталитической рекомбинации эталонного и исследуемого материалов. . . Поверхность модели разбивают по крайней мере на четыре участка, одинаково расположенных относительно набега-. ющего потока, на одном из них монтируют образец или наносят слой исследуемого материала 1. На остальных участках наносят материалы с известной каталитической активностью: некатллитичкский 569 материал 2 (К О), материал с возможно более высокой каталитической активностью 3 и материалы с промежуточными значениями каталитической активности 4. Этими материалами могут быть, например стекло или фторопласт (( см/с), платина или серебро ( см/с), (К 500 см/с) и др. Приведенные значения констант скорости каталитической рекомбинации этих материалов относятся к рекомбинации азота. Материал с максимальной каталитичес кой активностью используют в качестве эталонного, т. е. наносят его также и на поверхность датчиков теплового потока 5. Наиболее удобной для этой цели является платина, поскольку платиновая пленк нанесенная на стеклянную подложку, может быть одновременно использована в качестве термометра сопротивления в датчике теплового потока. Технология из готовления таких датчиков хорошо освоена в лабораторных условиях. Способ основан на использовании тепловых эффектов, которые сопровождают физико-химические превращения и процесс течения газа в пограничном слое. На всех участках поверхности модели, кроме одного (участок с высококаталитическим материалом), имеет место разрыв каталитической активности на границе между нанесенным материалом и датчиком. Максимальный разрыв - на участке с некаталитическим материалом. На участке с исследуемым материалом разрыв не известен и подлежит определению в эксперименте. При движении диссоциированного газа над точкой разрыва катал тической активности возникает скачкоо&разное возрастание теплового потока к датчику, обусловленное увеличившейся . интенсивностью .рекомбинации атомов на станке, причем тепловой поток возрастае тем больше, чем. выше концентрация ат(-. мов в пристеночной области пограничного слоя. Концентрация в точке разрыва зависит в свою очередь от интенсивности рекомбинации атомов на поверхности предшествующего участка. Таким образом, величина теплового потокг за разрывом каталитичности оказывается зависящей от каталитической активности поверхности предшествующего участка. На основании тепловых потоков, измеренных за участками с известной, каталитической активностью поверхЕюсти, определяются опорные точки зависимости ( (фиг. 2). Если на основании толь0ico одних опорных точек построить эту зависимость окажется Затруднительным, не- обходимо прибегнуть к расчету и с его помощью установить характер поведения кривой между опорными точками. Результаты эксперимента и расчета целесообразно представлять в относительном виде, чтобы максимально исключить влияние погрешностей определения параметров набегаюшего потока, например, в виде ц, /К () где С), - TeimoBou поток за участком с эталонным материалом, имеющим константу скорости каталитичеокой рекомбинации К.. Константа скорости каталитической рекомбинации исследуемого материала К эпределяется по тепловому потоку Tt.i-/ ., -..... / Ч-м %Ы-) измеренному за участком исследуемого материала. Способ позволяет повысить точность измерения. Ф-ормула изобретения Способ определения каталитической активности материалов по отношению к рекомбинации атомов, заключающийся тем, что исследование проводят при химически замороженном или неравновесном течении в пограничном слое, два участ ка поверхности модели, например, пластины или клина, находящихся в одинаковых словиях невязкого обтекания, покрывают . один - исследуемым материалом, другойэталонным с известной высокой каталитической активностью, например платиной, используют для измерений датчики теплоого потока, покрытые эталонным мате- риалом и расположённые непосредственно за этими участками поверхности, о т л ич а ю щ и и с я тем, что, с целью повь шения точности, создают на модели по крайней мере два дополнительных участка . .поверхности, на:5Ьдя1ЦИхся в одинаковых условиях с двумя первыми относительно набегающего потока газа, покрывают один из них некаталитическим материалом, другой - материалом с известным промежуточным значением каталитической ак- , тивности, измеряют абсолютные величины тепловых потоков за каждым участком поверхности, на основании тепловых потоков, измеренных за участками, поверх-