Дослідження масотеплообміну на поверхневому шарі вольфраму та оксидів вольфраму (стр. 2 из 4)
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.
Рис.1. Часові залежності температури вольфрамового провідника (а) та товщини окислу на його поверхні (б) при потужності електричного струму
=106,4×10-4 Вт/м2. 
=50 мкм, 
=7 см, 
=1, швидкість обдуву провідника 
=0.13 м/с. 1 – з врахуванням, 2 – без врахування тепловтрат на випаровування оксидної плівки; ооо – експериментальні дані [1] 
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
відбувається затухання реакції окислення на поверхні провідника, внаслідок зменшення густини хімічного тепловиділення. Врахування випару оксиду приводить до появи макcимуму на залежності 
(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:
. (8)
Розрахована по формулі (8) залежність
представлена на рис.2. Екстремуми на кривій 
характеризують критичні режими запалення дротику (т. 
-максимум) та потухання (т. 
-мінімум) при відповідно критичних значеннях сили струму 
та 
. Крива до т. -область низькотемпературного окислення дротику. Щоб перевести дротик із заданою початковою товщиною оксидної плівки 
до високотемпературного стану, необхідно збільшити силу струму до значення, обумовленого т. , 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 
дротик із заданою 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 . Запалювання дротика силою струму в інтервалі 
може також відбуватися, якщо його початкова температура вища значення, що лежить на кривій між точками та для відповідного значення 
. Таким чином, спостерігається гістерезисна поведінка температури дротика в залежності від сили струму, що нагріває його. Область гістерезису обмежується критичними значеннями та . Критичні режими нестійкі і визначають переходи з низькотемпературного стану до високотемпературного і навпаки. При значеннях сили струму 
запалювання дротика неможливо ні при яких значеннях його початкової температури.Рис.2 демонструє, що випар оксиду приводить до збільшення критичного значення сили струму, що характеризує потухання провідника
, і значного зменшення температури горіння (крива 2). 
Рис.2. Залежність для вольфрамового провідника =70 мкм, =10 см, 
= 
=288 K; 
=0.4 мкм; 1– без врахування випаровування, 2–з врахуванням випаровування WO2; ооо –наші експериментальні дані.