Тепловая защита Полежаев Ю.В., Юревич Ф.Б. (1013698), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Для этого необходимо увеличить ту часть сопротивления, которая связана с нормальными силами с, или, другимн словами, делать тело плохообтекаемым. Известно, что для самолета отношение коэффициентов с,((с т +сл) 40 7З кнс приблизительно равно О,З, тогда как для шара оно равно 0,01. Интегральное количество подведенного конвекцией тепла не является единственным параметром, определяющим эффективность тепловой зашиты. У конденсированных веществ способность воспринимать и передавать тепло ограничена величиной коэффициента теплопроводности. Поэтому необходимо точно знать закон изменения плотности конвектив- Введение ного теплового потока по времени, чтобы правильно рассчитать темпе ратуру поверхности и соответственно оценить работоспособность все> системы.
При больших температурах и давлениях набегающего поток; приходится считаться с возможностью лучистого переноса тепла. Это. случай требует особого рассмотрения, поскольку способность различны> материалов отражать (блокировать) подведенное тепло резко меняетс> при переходе от конвективного к лучистому тепловому воздействию Взаимодействие нагретого газа с теплозащитными покрытиями обус ловлено протеканием многочисленных и взаимосвязанных процессов Теоретическое решение этой проблемы в общем случае должно основы ваться на решении системы дифференциальных уравнений, описываю щих явление нестационарного тепломассопереноса в системе газ — тело Этими уравнениями являются уравнения внешней газодинамики, уран пения ламинарного или турбулентного пограничных слоев в многоком понентных реагирующих газовых смесях, уравнения нестацнонарной теплопроводности внутри многослойных теплозащитных покрытий, а также уравнения кинетики поверхностного взаимодействия.
Решение задачи в такой сложной сопряженной постановке с учетом неодномерности протекания большинства процессов представляет в настоящее время трудности с математической и вычислительной точек зрения. К тому же исходная физическая модель данного комплексного явления еще не полностью ясна, а коэффициенты переноса и другие физико-химические параметры не достаточно достоверны. Тем не менее практическая важность решения проблемы тепловой защиты стимулировала появление за последние годы большого числа теоретических и экспериментальных исследований как в направлении выяснения главных факторов, влияющих на процессы взаимодействия нагретого газа и материала покрытия, так и в направлении разработки точных численных методов расчета или средств экспериментального изучения.
Содержание книги в большей мере относится к первому направлению; методы численного или экспериментального анализа затрагиваются в ней лишь постольку, поскольку это помогает пониманию физической картины явлений, протекающих на границе раздела потока и стенки, а также внутри теплозащитного покрытия. При этом авторы исходили из того, что лишь хорошо представляя основные физические закономерности, можно дать точную математическую формулировку задачи, а, следовательно, и выбрать оптимальный метод численного счета. Аналогично, предпосылкой успешной работы конструкторов или экспериментаторов является четкое понимание путей, на которых следует искать решения поставленных задач.
При конструктивном решении проблемы тепловой защиты были предложены различные схемы, включая и такие, в которых используются реагирующие или сублимирующие и плавящиеся материалы, т. е. материалы, разрушение которых в процессе нагрева заранее предполагается и происходит упорядоченным образом. Вам При применении таких веществ их эффективная теплоемкость намного увеличивается за счет использования теплот химического взаимодействия или фазовых превращений. Защитное действие может также оказывать и вдув газообразных продуктов разрушения в пограничный слой набегающего потока, приводящий к существенному снижению подведенного теплового потока. В задачу конструктора тепловой защиты входит сопоставление большого числа вариантов, что связано не только с анализом разного типа теплозащитных систем, но и с необходимостью выбора оптимальной формы защищаемой поверхности, а в некоторых случаях и закона изменения внешних параметров обтекания.
Описанные в данной книге методы применимы для анализа и разработки тепловой защиты разных конструкций независимо от их назначения. Это могут быть стенки сопла или высокотемпературного энергетического устройства, а также внешние поверхности летательного аппарата, возвращающегося на Землю из космического полета. При анализе различных видов взаимодействия материала с набегающим потоком газа отдельно рассматриваются явления, протекающие внутри теплозащитного покрытия, и процессы, связанные с поступлением продуктов разрушения этого покрытия в ламинарный или турбулентный пограничный слой и химическим взаимодействием между компонентами набегающего потока и продуктами разрушения. Так как поведение большинства теплозащитных систем в условиях конвективного и радиационного тепловых воздействий оказывается принципиально различным, то анализ работы защиты в указанных случаях производится раздельно.
При этом большая часть книги посвящена способам защиты от конвективного теплового потока. Г!рннципиальные особенности работы теплозащитной системы при наличии интенсивного радиационного теплового потока освещены в гл. 1О. Особое внимание обращено на соответствие полученных результатов условиям, в которых приходится работать высокотемпературным покрытиям тепловой защиты.
Главная цель книги состоит не только в том, чтобы изложить основы теории тепловой защиты, но и дать тем, кто занимается техническими приложениями, простые и удобные формулы, полезные при расчете теплообмена, глубины прогрева защитного покрытия или толщины унесенного слоя. Всюду, где это необходимо, а также в конце книги в виде приложения приводятся конкретные численные значения различных параметров.
Это позволяет надеяться, что книга станет полезным справочным пособием. Наряду с изложением основ проблемы авторы стремились дать представление о современном уровне исследований. Приведенная в книге многочисленная библиография предназначена в основном для дальнейшего, более глубокого изучения отдельных явлений. Основное внимание в книге сосредоточено на процессах, протекающих на поверхности и в глубине теплозащитного покрытия. При этом предполагается, что газодинамика и теория пограничного слоя много- Введение компонентных газовых смесей могут быть изучены по другим монографиям. Тем не менее ключевые положения аэродинамики, теплообмена, термодинамики, физической химии, имеющие непосредственное отношение к главной теме книги, вкратце излагаются в соответствующих разделах книги.
По просьбе авторов отдельные параграфы книги написаны канд. техн. наук В. В. Горским, В. Е. Киллихом, Ю. Н. Коноваловым, Г. А. Сурковым, В. В. Тороповым, Ю. В. Чудецким, Ю. Е. Фрайманом н А. П. Экономовым. За оказанную помощь авторы выражают им искреннюю благодарность. Авторы особо признательны академику АН БССР А. В. Лыкову, высказавшему идею написания такой книги, а также оказавшему большую помощь при ее подготовке и редактировании. Авторы хотели бы отметить большой вклад в формирование окончательного облика книга рецензента докт. техн. наук, проф. В. Ф.
Рощина и редакторов канд. техн. наук Ю. А. Зейгариика и А. А. Кузнецова. В основу цветных иллюстраций положены фотографии, полученные при испытании моделей в плазменном потоке сотрудником Института проблем механики канд. техн. наук М. И. Якушиным. Учитывая многоплановый характер проблемы тепловой защиты, трудно предполагать, что все главы проработаны с достаточной полнотой и в одинаковой мере удовлетворяют требованиям читателей. Наша работа была также затруднена отсутствием достаточно полных обзоров илн монографий, которые можно было бы принять в качестве образца прн изложении материала и которые позволили бы сократить объем отдельных глав за счет ссылок.
Поэтому мы заранее благодарны всем читателям, которые сделают критические замечания, позволяющие в будущем улучшить качество изложения или внести уточнения в представленные результаты. Глава первая. МЕТОДЫ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЬ В настоящее время известно шесть основныз способов отвода (поглощения) тепла: теплопро. водностью с использованием теплоемкости конден сированных веществ, конвекцией, массообменом, излучением, с помощью .электромагнитных полей и, наконец, за счет физико-химических превращений. На практике часто встречается комбинация двух или более указанных выше способов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
