Экспериментальное исследование накопления углеродных отложений в кислородно-метановом модельном газовом тракте

Аннотация

Рассмотрены два механизма образования углеродных отложений на металлической поверхности в условиях контакта с газовой фазой, содержащей продукты неполного сгорания кислородно-метанового генераторного газа. Первый --- это так называемый механизм металлического пылеобразования (Metal dusting), продукты которого остаются на поверхности стенки и образуют углеродные отложения, второй связан с наличием в потоке газа углеродных частиц, которые осаждаются на стенку. Разработана экспериментальная установка, рабочий участок которой представляет собой модельный тракт кислородно-метанового генераторного газа восстановительного состава, и проведено экспериментальное исследование накопления углеродных отложений. При выборе тактико-технических характеристик экспериментальной установки учтены особенности газового тракта жидкостного ракетного двигателя, поэтому экспериментальная установка имеет характеристики, более близкие к ожидаемым характеристикам натурного газового тракта. Проведено сравнение интенсивности образования отложений на образцах из металлического материала и эталонного кварца. Установлено, что основным механизмом образования углеродных отложений является выпадение содержащейся в потоке генераторного газа сажи на стенку газового тракта. Масса отложений определена весовым способом. Выявлен диапазон соотношения компонентов топлива, в котором образование отложений минимально

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Федоров С.А., Слесарев Д.Ф., Исаков Д.В. Экспериментальное исследование накопления углеродных отложений в кислородно-метановом модельном газовом тракте. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2023, № 1 (144), c. 52--66. DOI: https://doi.org/10.18698/0236-3941-2023-1-52-66

Литература

[1] Кислородно-метановый двигатель. kbhmisaeva.ru: веб-сайт. URL: http://www.kbhmisaeva.ru (дата обращения: 15.06.2022).

[2] Межпланетная программа SpaceX: подробный разбор ЖРД "Raptor". habr.com: веб-сайт. URL: http://habr.com/ru/post/404933 (дата обращения: 15.06.2022).

[3] Покончить с американской зависимостью от двигателя РД-180 российского производства. naukatehnika.com: веб-сайт. URL: http://naukatehnika.com/raketnye-dvigateli-bezosa-be-3u-i-be-4.html (дата обращения: 15.06.2022).

[4] Ракетные двигатели АО КБХА. kbkha.ru: веб-сайт. URL: https://kbkha.ru/deyatel-nost/raketnye-dvigateli-ao-kbha/rd0177 (дата обращения: 15.06.2022).

[5] Grabke H.J., Krajak R., Nava Paz J.C. On the mechanism of catastrophic carburization: metal dusting. Corros. Sc., 1993, vol. 35, no. 5-8, pp. 1141--1150. DOI: https://doi.org/10.1016/0010-938X(93)90334-D

[6] Grabke H.J., Krajak R., Muller-Lorenz E.M., et al. Metal dusting of nickel-base alloys. Werkst. Korros., 1996, vol. 47, no. 9, pp. 495--504. DOI: https://doi.org/10.1002/maco.19960470904

[7] Grabke H.J., Schutze M. Corrosion by carbon and nitrogen. Cambridge, Woodhead Publishing Ltd., 2007.

[8] Grabke H.J. Metal dusting of low- and high-alloy steels. CORROSION/51. Houston, NACE International, 1995, pp. 711--720.

[9] Chun C.M., Mumford J.D., Ramanarayananb T.A. Mechanisms of metal dusting corrosion of iron. J. Electrochem. Soc., 2002, vol. 149, no. 7, pp. 348--355.DOI: https://doi.org/10.1149/1.1483099

[10] Chun C.M., Ramanarayananb T.A. Mechanism and control of carbon deposition on high temperature alloys. J. Electrochem. Soc., 2007, vol. 154, no. 9, pp. 465--471.DOI: https://doi.org/10.1149/1.2750447

[11] Chun C.M., Bhargava Z.G., Ramanarayananb T.A. Metal dusting corrosion of nickel-based alloys. J. Electrochem. Soc., 2007, vol. 154, no. 5, pp. 231--240. DOI: https://doi.org/10.1149/1.2710215

[12] Abelev E., Ramanarayananb T.A., Bernasekz S.L. Iron corrosion in CO2/brine at low H2S. J. Electrochem. Soc., 2009, vol. 156, no. 9, pp. 331--339. DOI: https://doi.org/10.1149/1.3160373

[13] Теснер П.А. Образование углерода из углеводородов газовой фазы. М., Химия, 1972.

[14] Теснер П.А., Кнорре В.Г. Аналитическое описание процесса образования сажевых частиц при термическом разложении углеводородов. Физика горения и взрыва, 1970, № 3, с. 386--390.

[15] Gay I.D., Kistiakowsky G.B., et al. Thermal decomposition of acetylene in shock waves. J. Chem. Phys., 1965, vol. 43, no. 5, art. 1720. DOI: https://doi.org/10.1063/1.1696996