報告書番号

W02017

タイトル（和文）

燃焼ガス流中におけるセラミックスの減肉予測手法の開発

タイトル（英文）

Recession Rate Prediction for Ceramic Materials in Combustion Gas Flow

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

ガスタービンの候補材であるSi3N4とSiCおよび代表的な酸化物系セラミックスのAl2O3について燃焼ガス流曝露試験を実施し、以下の成果を得た。(1)Si3N4、SiC、Al2O3の実験結果と物質移動のアナロジーを用いて、本試験条件の範囲では重量減少速度は材料に依らず、kw = c･exp(-E/RT)･(PH2O)^n･Re^0.8/Pで整理できることがわかった。(2)Si3N4について、ガスタービン条件における曝露試験公表データと上式を用いて予測される重量減少量を比較した結果、上式は本試験条件の範囲を越える高圧条件下においても有効であると考えられた。また、上記ガスタービン条件下でSi3N4、SiC、Al2O3の１万時間における減肉量を試算した結果、減肉量は1300℃においても数ミリオーダと予測され、耐減肉コーティングの開発は極めて重要である。

概要 （英文）

The influence of various basic factors of combustion gas flow conditions on the recession rate of silicon nitride, silicon carbide, and alumina has been experimentally clarified, and the recession rate equation is deduced using the dependence of influential factors on the recession rate and the mass transfer theory. The exposure tests are performed under various gas flow conditions (T = 1100-1500 ℃, P = 0.3-0.7 MPa, V = 40-250 m/s, PH2O = 30-120 kPa, PO2 = 20-45 kPa). Recession rates mainly depend on water-vapor partial pressure, pressure, gas temperature, and Reynolds number in the gas flow conditions inside the specimen holder. The dependent on oxygen partial pressure is extremely low for silicon nitride and silicon carbide. The recession rates of silicon nitride, silicon carbide, and alumina in combustion gas flow are expressed in the form exp(-E/RT)･(PH2O)n･Re0.8/P, and the predicted recession rates of silicon nitride shows good agreement with reported exposure test results under gas turbine conditions.

報告者

キーワード