Ученые Пермского Политеха охладили лопатки
Новое поколение турбин отличается высокой температурой газа на выходе из камеры сгорания, что делает установки более мощными, но негативно отражается на деталях турбины. В среде горячего газа рабочие лопатки подвергаются огромным нагрузкам, из-за чего снижается их прочность. Ученые Пермского Политеха повысили эффективность охлаждения за счет модификации системы подвода воздуха. Ученые отмечают, что большое значение имеет угол поворота отверстий в дефлекторе, радиус скругления кромок данных отверстий и расстояние между отверстиями и аппаратом закрутки. Через отверстия дефлектора проходит охлажденный воздух. Для снижения его температуры используется «аппарат закрутки». Однако после него поток воздуха проходит через отверстия в дефлекторе. Поэтому важно сконструировать отверстия таким образом, чтобы воздух проходил через них безотрывно. Поворот отверстий в дефлекторе позволяет снизить гидравлические потери охлаждающего воздуха и повысить расход воздуха в лопатку, что снижает температуру входной кромки. Ученые обратили внимание, что дополнительное смещение отверстий дефлектора к аппарату закрутки улучшило охлаждение рабочей лопатки. Уменьшение камеры смешения снижает давление в этой полости, что уменьшает утечки воздуха в осевой зазор. Результаты расчетов подтвердили, что поворот отверстий в сторону вращения ротора обеспечивает плавное перетекание воздуха, повышает давление на входе в лопатку, увеличивает гарантированный перепад между охлаждающим воздухом и газовым потоком и снижает температуру материала лопатки.
Влияние водорода на хрупкость сплавов
Водород применяют в металлургии для плавления и сваривания тугоплавких металлов. Но его воздействие способно резко уменьшить пластичность и прочность сплава. Ученые Пермского Политеха изучили влияние водорода на характер изменения свойств сплавов, широко применяемых в промышленности. Исследователи выбрали способ насыщения водородом из окружающей среды. Отшлифованные образцы сплавов поместили в стеклянную емкость, заполненную водородом, и выдерживали их в течение 1500–1600 часов с периодическим контролем микротвердости. Этот показатель является косвенным признаком наводораживания сплавов, по которому можно оценить воздействие водорода на металл. Результаты исследования показали, что микротвердость всех образцов либо увеличивалась, либо уменьшалась. Например, показатель образцов на основе железа и титана несколько увеличился, это значит, что началось водородное охрупчивание. При этом микротвердость образцов на основе меди и алюминия уменьшилась, то есть водород при комнатной температуре оказал на сплавы размягчающее воздействие. Ученые пришли к выводу, что чем выше исходная микротвердость сплава, тем больше она будет меняться в ходе наводораживания. Медь и алюминий, обладающие небольшой микротвердостью, показали размягчение, а сплавы с большей микротвердостью, основу которых составляет железо и титан – увеличение, что связано с большей восприимчивостью к водороду их состава и структуры.
Лазером по термоядерному реактору
Ученые из НИЯУ МИФИ провели моделирование, которое позволяет оценить оптимальные параметры лазерного воздействия при исследовании вольфрамовой поверхности реактора. Внутри реактора сверхтяжелый водород тритий реагирует с дейтерием, образуя гелий, нейтроны и выделяя энергию. Однако часть трития поглощается стенками реактора. Тритий является дорогостоящим сырьем. Более того, он радиоактивен. Для контроля уровня водорода, поглощенного поверхностью реактора, предлагается использовать лазерный метод: нагрев маленькой области стенки лазером вызывает выделение «застрявшего» в стенке водорода, который затем измеряется методами масс-спектрометрии или оптической спектроскопии. Этот метод можно применять прямо в реакторе для измерения поглощенного водорода между плазменными разрядами. Важным параметром является температура нагрева поверхности: десорбция оказывается эффективной при достаточно высокой температуре. Измерение максимальной температуры поверхности в ходе лазерного воздействия позволяет достичь высокой точности измерений без информации о других свойствах материала. Нагрев материала импульсом длительностью в миллисекунду может привести к почти полному выделению водорода из слоя толщиной 10 мкм.
Защита от инфракрасного излучения
Химики Томского государственного университета создали керамическое покрытие, которое может защитить объект от инфракрасного излучения и помогает охладить его.
Покрытие позволяет подавлять электромагнитное излучение в инфракрасном спектре, что делает объект невидимым в тепловизоре. В мире уже существуют такие покрытия, но в основном они представляют собой полимеры, то есть недолговечные пленки, не стойкие к низким и высоким температурам и отслаивающиеся со временем. Ученые ТГУ применили собственную технологию плазменного нанесения, которая делает из поверхности и покрытия одно целое. За счет подачи тока на объект, находящийся в растворе оксида, температура на поверхности возрастает за очень короткое время, жидкость становится газом и давление резко поднимается. На поверхности металлического образца происходят электродные реакции. Оба процесса приводят к образованию низкотемпературной плазмы: ионы металла и оксидов «отрываются», а поверхность и покрытие становятся одним целым. Разработка позволяет защитить оборудование от помех, которые создает излучение от других объектов. Этот эффект достигается за счет подавления инфракрасного спектра и создания защитного панциря. При попадании на такое покрытие электромагнитной волны она преобразуется в ток, а энергия электромагнитной волны поглощается и переходит в тепло.
Графен вместо песка
Ученые из Университета Райса доказали, что использование графена может не только сократить количество используемого в строительстве песка, но и сделать бетон легче, прочнее и жестче. Бетон состоит из трех основных ингредиентов – воды, заполнителя, такого как песок, и цемента, который связывает все это вместе. Песок является основным компонентом по объему, поэтому спрос на него по мере роста строительства увеличивается. Исследователи использовали в качестве альтернативы песку графен, произведенный с помощью разработанного в Университете Райса метода импульсного джоулевого нагрева. Богатый углеродом базовый материал быстро перегревается под воздействием электричества, превращаясь в графеновые хлопья. Первоначальные эксперименты, в которых металлургический кокс превращался в графен, привели к получению материала, похожего на песок. Ученые решили изучить возможность использования его в качестве полной замены песка в бетоне, и результаты показывают, что он будет работать очень хорошо. Полученный бетон был на 25 % легче, чем бетон, изготовленный с обычным заполнителем, и продемонстрировал увеличение ударной вязкости на 32 %, пиковой деформации на 33 % и прочности на сжатие на 21 %. С другой стороны, на 11 % снизился модуль Юнга, показатель устойчивости материала к деформации при растяжении.
Легкий композит от ученых МИСИС
В НИТУ МИСИС создали композиционный материал, который в три раза легче, чем сталь, но имеет сопоставимую с ней прочность. Он сохраняет высокие механические свойства при температуре 500 оС, превосходя многие известные металломатричные композиционные материалы, в том числе высокопрочные материалы. Композит представляет собой сложно структурированный материал, состоящий из двух ключевых компонентов – зерен алюминия микронных и субмикронных размеров, а также окружающего их «каркаса» из смеси оксида алюминия и металлического алюминия.
Композит можно быстро и просто получить, если смешать друг с другом нанопорошки из алюминия и оксида алюминия, перемолоть их при помощи шаровой мельницы и затем обработать при помощи системы искрового плазменного спекания. В результате этого возникнет композит, втрое более легкий, чем сталь, но при этом не уступающий ей в прочности в широком диапазоне температур. Ученые подготовили несколько вариантов композитов, один из которых, содержащий 3 % окиси алюминия, был наиболее интересным с точки зрения термомеханических свойств. Материал оказался не только сопоставим со сталью в отношении прочности при нагреве до высоких температур, но и обладает почти «металлической» пластичностью за счет «двойной» структуры.
Пластичность делает его более стойким к появлению деформаций.
