Дослідження створення системи транспортних пор у вуглецевих композитів шляхом газифікації

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Дослідження створення системи транспортних пор у вуглецевих композитів шляхом газифікації

В.О. Скачков, В.І. Іванов,

О.Р. Бережна, Т.М. Нестеренко

Анотація

Іванова Наталія Володимирівна, кандидат філософських наук, доцент, завідувач відділення, Відділення «Дошкільне виховання», Луцький педагогічний коледж, пр. Волі, 36, м. Луцьк, Україна, 43010; кафедра філософії, соціології та менеджменту соціокультурної діяльності, Південноукраїнський національний педагогічний університет імені К. Д. Ушинського, вул. Старопортофранківська, 26, м. Одеса, Україна, 65020

E-mail: iva.chumbas@gmail.com

Розглянуто структуру пор карбонізованих вуглепластиків. Запропоновано опис пористої структури параболічним законом розподілу за чотирма локальними максимумами. Вивчено закономірності формування системи транспортних пор у структурі карбонізованих вуглепластиків з урахуванням окиснення їх бічної поверхні та реального розподілу пористої структури за величиною радіусів під час газифікації у середовищі діоксиду вуглецю. Розглянуто задачу перенесення діоксиду вуглецю за довжиною пор вуглепластика, що забезпечує задане профілювання його структури під час газифікації. карбонізований вуглепластик пористий газифікація

Ключові слова: карбонізований вуглепластик, газифікація, діоксид вуглецю, профілювання структури, транспортні пори

Вступ

З розподілом температури за товщиною стінки пористого карбонізованого вуглепластика [1-3]. В цьому разі швидкість осадження піролітичного вуглецю знижується у міру видалення від поверхні до центру стінки композиту [4].

Термоградієнтні методи припускають підвищення температури від поверхні композиту, яку не омиває реакційний газовий потік, до його поверхні, що є приступною для газоподібних вуглеводнів.При цьому реалізується процес заповнення пористої структури піролітичним вуглеводнем у напрямі від неприступної поверхні композиту до його приступної поверхні [1, 5].

Розробка технологічних режимів, що забезпечують вдосконалення структури і підвищення функціональних властивостей вуглецевих композитів, припускає створення уточнених методів розрахунку профілю пористої структури з урахуванням реального розподілу пор за величиною їх радіусів.

1. Мета та задачі дослідження

d = 2C

де C концентрація діоксиду вуглецю; f координата щодо довжини пори вуглепластика; k константа швидкості газифікації вуглецю; D коефіцієнт дифузії діоксиду вуглецю; r радіус пори; f (C) - концентраційна функція.

СІ f=0 = С f (ri); (2)

де a, параметр розподілу.

На функцію (4) накладається умова нормування, що задає частку пор у межах локальних груп, з урахуванням якого параметр розподілу a, має вигляд: де частка пор у межах кожного локального максимуму; r1u, r2u мінімальний і максимальний розміри -го локального максимуму відповідно.

Значення середнього радіусу пор r у межах кожного локального максимуму можна розрахувати як

d (C *U) / dx= -2k *Вв^ C , (8)

де U швидкість перебігу реакційного газу вздовж реактора; В коефіцієнт масопровідності;

де С0 концентрація діоксиду вуглецю на поверхні карбонізованого вуглепластика; h половина товщини стінки вуглепластика.

Вирішення рівняння (1) з умовами (2) і (3) задає розподіл концентрації діоксиду вуглецю за довжиною пори карбонізованого вуглепластика:qn відносна пористість поверхні карбонізованого вуглепластика; R радіус реактора; N кількість характерних максимумів пор.

C + CO2 » 2CO . (9)

С0 *{exp(-z * f)+ exp[z *( - 2h)) 1 + exp(-2z*h)

Для реакції (9) розподіл реакційного газу вздовж реактора з урахуванням ступеня його розкладання можна записати як де z корінь характеристичного рівняння

z = (2k/r * D+'5.

Для кожної групи пор щільність їх розподілу за розмірами можна апроксимувати параболічною залежністю:

= C“2 -(1 -а); (10)

CCO2 -(1+2а); (11)

х-(1 + а), (12)

де а міра розкладання діоксиду вуглецю; С^ концентрація діоксиду вуглецю на вході до реактора;

Таблиця 1 Кінетичні параметри констант швидкостей газифікації

3а da к-В-в+1 -a dx Usx

Для рівняння (13) гранична умова визначає значення міри розкладання реакційного газу на вході до реактора

aL = о. (14)

З вирішення рівняння (13) з урахуванням умови (14) ступінь розкладання діоксиду вуглецю за довжиною реактора а визначиться як

Використання вирішень (4) і (15) припускає відомими значення констант швидкості газифікації різних форм вуглецю у середовищі CO2.

Для середніх значень радіусів чотирьох локальних максимумів пор на кривих програми одержано залежності розподілу концентрації діоксиду вуглецю (Cj/C0) уздовж пор від відношення поточного значення довжини пор (x) до їх максимального значення (у) (рис. 1), а також залежності змінювання відношення поточного радіусу пори (r) до його максимального значення (rj) за товщиною стінки карбонізованого вуглепластика (рис. 2).

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Рис. 1 Розподіл діоксиду вуглецю за довжиною пор з середніми значеннями радіусів, мкм: 1 16,5; 2 2,85; 3 0,713; 4 0,0085

З аналізу кривих рис. 1 і 2 виходить, що транспортні пори мають радіус, значення якого зростає від середини товщини карбонізованого вуглепластика до його поверхні.

Рис. 2 Змінювання відношення поточного радіусу пори до його максимального значення за товщиною стінки вуглепластика, мкм: 1 16,5; 2 2,85;3 0,713; 4 0,0085

Висновки

1. Розроблена математична модель забезпечує проведення розрахунків процесу газифікації пористої структури з визначенням швидкості подачі і концентрації діоксиду вуглецю.

Розрахункові параметри процесу газифікації та сформований профіль пор забезпечують умови для рівномірного газофазного осадження піровуглецю по товщині стінки карбонізованого вуглецевого композиційного матеріалу.

Література

1. Скачков, В. О. Методи газофазного ущільнення карбонізованих вуглепластиків піровуглецем [Текст] / В. О. Скачков, С. А. Воденніков, В. І. Іванов, Т. М. Нестеренко, О. Р. Бережна // ScienceRise. 2016. Т. 10, № 2 (27). C. 16-21. doi: 10.15587/2313-8416.2016.80473

2. Фиалков, А. С. Углерод, межслоевые соединения и композиты на его основе [Текст] / А. С. Фиалков. М.: Аспект Пресс, 1997. 718 с.

3. Федосеев, Д. В. Гетерогенная кристаллизация из газовой фазы [Текст] / Д. В. Федосеев, Р. К. Жучко, А. Г. Гривцов. М.: Наука, 1978. 100 с.

4. Скачков, В. О. Модель процесу формування щільності вуглецевих композиційних матеріалів [Текст] / В. О. Скачков, В. І. Іванов, Т. М. Нестеренко, С. М. Григорьев, А. В. Карпенко // Математичне моделювання. 2000. T. 2, № 5. С. 75-77.

5. Гурин, В. А. Газофазные методы получения углеродных и углерод-углеродных материалов [Текст]: сб. науч. тр. / В. А. Гурин, В. Ф. Зеленский // Вопросы атомной науки и техники. 1999. T. 4, № 76. С. 13-31.

6. Гурин, В. А. Исследование газофазного уплотнения пироуглеродом пористых сред методом радиально движущейся зоны пиролиза [Текст] / В. А. Гурин, И. В. Гурин, С. Г. Фурсов // Вопросы атомной науки и техники. 1999. Т. 4, № 76. С. 32-45.

7. Скачков, В. А. Профилирование пористой структуры и плотности углеродных композитов в среде диоксида углерода [Текст]: наук. пр. / В. А. Скачков, В. И. Иванов, О. Р. Бережная // Металургія. 2012. Т. 3, № 38. С. 114-120.

8. Скачков, В. А. О моделировании процесса профилирования пористой структуры углеродных композитов [Текст]: наук.-метод. конф. / В. О. Скачков, В. І. Іванов, Т. М. Нестеренко, Ю. В. Мосейко // Проблеми математичного моделювання. Дніпродзержинськ, 2015. С. 67-70.

9. Байгушев, В. В. Технология производства композиционных углерод-углеродных материалов электротермического назначения [Текст]: дис. ... канд. техн. наук / В. В. Байгушев. Днепропетровск, 2006. 140 с.

10. Скачков, В. А. Моделирование процесса разложения углеводородов в термических реакторах проточного типа [Текст] / В. А. Скачков, В. И. Иванов, Н. А. Карпенко, В. И. Середич // Известия Вузов. Черная металлургия. 1991. № 12. С. 33-35.

Размещено на Allbest.ru