Oksijen kısmi basıncı, bir gaz karışımındaki oksijen gazı bileşeninin basıncı olarak tanımlanır. Bu, oksijen gazı bileşeninin tüm hacmi tek başına kapladığında uygulayacağı toplam basınca karşılık gelir. Oksijen kısmi basıncı, maddelerin oksidasyon ortamını karakterize etmek için yaygın olarak kullanılan bir değişkendir; özellikle yüksek sıcaklık koşulları altında, oksijen kısmi basıncı önemli bir çevresel değişkendir.
Uçuş hizmeti sırasındaki yüksek sıcaklık koşulları altında, reçine bazlı ısıya dayanıklı kompozit malzemeler, düşük/sıfır ablasyonlu yapısal kompozit malzemeler ve yüksek sıcaklığa dayanıklı metal malzemelerle temsil edilen uçak dış ısıya dayanıklı malzemelerin ısı transfer performansı, malzemenin bulunduğu ortamın oksijen içeriği ve basınç göstergeleri ile yakından ilişkilidir.
Yüksek sıcaklık ortamında, reçine bazlı ısıya dayanıklı kompozit malzemelerin pirolitik karbonizasyon reaksiyonu, düşük/sıfır ablasyonlu yapısal kompozit malzemelerin karbon matrisi ve silisyum karbür matrisinin süblimasyon ve oksidasyon süreçleri ve yüksek sıcaklığa dayanıklı metal malzemelerin yüzey oksidasyon reaksiyonu, hepsi malzemenin bulunduğu ortamın oksijen içeriğinden etkilenir. Aynı yüksek sıcaklık ortamında, malzemelerin yüzey bileşimi, yapısı ve ısı transfer performansı, ortamdaki oksijen kısmi basıncındaki değişiklikle büyük ölçüde değişir.
Bu nedenle, malzeme araştırmalarında ve yer testlerinde, malzemelerin değişken oksijen kısmi basıncına sahip yüksek sıcaklık ortamında ısıl işlem görmesinden sonra çeşitli performans testlerinin yapılması gerekmektedir. Bazen ilgili test ekipmanı üzerinde değişken oksijen kısmi basıncına sahip yüksek sıcaklık ortamı doğrudan simüle edilir ve malzemenin çeşitli fiziksel özellikleri test edilir.
Uçak ısıya dayanıklı malzemelerinin fiziksel performans değerlendirmesi ve testinde sıcaklık, hava basıncı ve oksijen kısmi basıncı üç önemli çevresel değişkendir. Ancak, mevcut test cihazlarının ve ekipmanlarının çoğu yalnızca sıcaklık ve hava basıncı değişikliklerinin olduğu ortamı simüle edebilmektedir. Değişken oksijen kısmi basıncı ortamının hassas kontrolüne ulaşmak hala mümkün değildir. Örneğin, malzemelerin termal iletkenliği ve termal radyasyon katsayısı yalnızca değişken sıcaklık ve vakum ortamında ölçülebilmektedir.
Bununla birlikte, malzeme ablasyon sürecinin performans araştırması yalnızca yüksek sıcaklık vakum ortamında karbonizasyondan sonra numunelerle test edilebilir, bu da malzemenin farklı oksijen kısmi basınçları altındaki gerçek performans verilerini elde edemez. Müşterimiz, düşük hava basıncı ve oksijen kısmi basıncının hassas kontrol gereksinimlerini öne sürdü ve aşağıdaki test ve deneylere destek sağladı:
Bu makale, atmosferik yeniden giriş araçlarının ve yakın uzaydaki hipersonik araçların ısıya dayanıklı tasarım hesaplaması ve ısıya dayanıklı malzeme modifikasyonu optimizasyonunu hedef alacaktır. Gerçek hizmet ortamlarında ısıl fiziksel özellik testi ve malzeme işleme talebi öne sürülmekte ve değişken vakum ve oksijen kısmi basıncının hassas bir kontrol çözümü önerilmektedir. Bu çözüm, yüksek hassasiyetli vakum kontrolüne ulaşmak için bölünmüş aralık kontrolünü (split-range control) kullanacaktır ve bu çözümle uyumlu destekleyici cihazlar, çeşitli malzemeler için yüksek sıcaklık termofiziksel performans parametrelerinin test edilmesi ve değerlendirilmesi ekipmanlarında kullanılabilir.
Oksijenin kısmi basıncının tanımına göre, oksijen ve azottan oluşan bir karışık gaz için, oksijenin kısmi basıncı, karışık gazdaki oksijenin mol fraksiyonunun karışık gazın mutlak basınç değeri ile çarpımına eşittir. Oksijen kısmi basıncı kontrol sürecinde, karışık gazdaki oksijenin mol fraksiyonunun ve karışık gazın mutlak basıncının eş zamanlı olarak kontrol edilmesi gerektiği görülebilir.
Ayrıca, müşterimizin öne sürdüğü talepte, söz konusu mutlak basınç bir atmosferden daha düşük bir vakum ortamıdır ve karışık gaz genellikle azot ve oksijendir, bu nedenle oksijen kısmi basıncı kontrol sorunu aşağıdaki iki kısma indirgenebilir:
Yukarıdaki iki kontrol içeriğine ulaşmak için, bu makalede önerilen çözüm, Şekil 1‘de gösterilen oksijen kısmi basıncı kontrol sistemidir.
Şekil 1’de görüldüğü gibi, karışık gazdaki oksijenin mol sayısını kontrol etmek için, silindirden ayrı ayrı akan azot ve oksijeni kontrol etmek üzere iki gaz kütle akış ölçer kullanılır, böylece gaz karıştırma tankındaki oksijenin mol sayısı ayarlanan değere göre otomatik olarak kontrol edilir, bu da karışık gaz ve oksijenin oranının her zaman hassas bir şekilde kontrol edilebilir olmasını sağlar. Bu noktada, karıştırma tankındaki karışık gaz bir atmosferden daha büyük bir pozitif basınca sahiptir.
Karışık gaz ve oksijenin belirli bir molar oranına sahip karışık gaz, KaoLu’nun Oransal Basınç Regülatörü aracılığıyla yüksek sıcaklık fırınına girer ve karıştırıcı yüksek sıcaklık fırınından akarak başka bir Oransal Basınç Regülatörü ve vakum pompası aracılığıyla tahliye edilir. Gaz akışı ve tahliye akışı dinamik bir dengeye ulaştığında, yüksek sıcaklık fırınındaki vakum derecesinin hassas kontrolüne ulaşılabilir.
Kısacası, yukarıda belirtilen oksijen kısmi basıncının hassas kontrol çözümünün teknolojisi çok olgundur ve çok sayıda testten sonra, bu çözümün fizibilitesi ve güvenilirliği doğrulanmıştır ve yüksek sıcaklık koşulları altında oksijen kısmi basıncı kontrolüne yönelik müşteri talebini tam olarak karşılayabilir.
Web sitemizi ziyaretiniz sırasında çerezler kullanılmaktadır. Kişisel verilerinizin 6698 sayılı KVKK uyarınca işlenmesine ilişkin detaylı bilgi için Gizlilik Politikası sayfamızı inceleyebilirsiniz.