摘要：在前期关于单/双平台问题研究[1]基础上,就学术上和工程应用中关注的碳在空气中燃烧所谓的“快反应”和“慢反应”问题进行了深入分析,发现被广泛使用了六十多年的“慢反应”根本不存在,而被遗弃的“快反应”是真实存在的,并具有重要应用价值.本文采用“快反应”动力学数据,并且同时考虑CO和CO2两个烧蚀产物,得到的无量纲烧蚀速率随温度的变化曲线存在两个平台,其中温度稍低情况下出现的第一个平台对应的主要烧蚀产物是CO2,另一个温度稍高情况下的平台对应的主要烧蚀产物是CO,而且前一平台值恰好是后一平台值的一半.本文发现,过去常常被忽略的CO2扮演了一个重要角色,由它产生的第一平台,将以往文献中完全独立、看似毫无关系的“快反应”和“慢反应”曲线之间建立了联系.理论分析表明,第一平台之前的快速上升段属于从速率控制到扩散控制的过渡区,第一平台及其以后的区域都属于扩散控制区,包括两个平台之间的连接线,它是由反应生成物CO与CO2的分压比δ从0到∞变化引起的,与反应动力学完全无关.由双平台理论得到的,从低温到高温,由速率控制区经由过渡区到达扩散控制区的整条烧蚀速率曲线,与试验结果完全吻合.而以往Scala“快反应”和“慢反应”模型,忽略CO2得到的单平台曲线,各自只有一小段与试验结果符合,无法全区间吻合,而且误认为它们是两种极端情况,显然是有问题的.尤其是“慢反应”模型,原以为平台前的快速上升段属于从速率控制到扩散控制的过渡区,但本文发现这个温度区间实际上已经完全处于边界层扩散速率控制区,这时的烧蚀速率与表面化学反应动力学因素完全无关,因此这个“慢反应”模型也就不是真实存在的.可在此前的六十年中,国内外碳基材料烧蚀计算大都采用这个实际不存在的“慢反应”数据,只是碰巧因为烧蚀在Tw＞1700K时才变得显著,而恰好模型的这段曲线能够与试验结果吻合.再加上“快反应”模型使用不当,想当然认为CO2可以忽略,致使其预测结果大大高于试验结果,因此就被长期束之高阁了.本文结论颠覆了传统观念,澄清了模糊认识,解决了争议问题,并得到了试验证实.
