Тепловая защита Полежаев Ю.В., Юревич Ф.Б. (1013698), страница 77
Текст из файла (страница 77)
5 н 9). Диффузии (дословно «растекание») — взаимное проникновение соприкасающихся веществ друг в друга вследствие теплового движения частиц. Диффузия происходит в направлении падения концентрации и ведет к выравниванию распределения вещества э объеме, но может быть и следствием неравномерных полей температуры, давленая н других параметров. В пограничном слое многокомпонентного газа определяющее значение имеет в основном концентрационная диффузия (см. гл, 2]. Диффузионный режим разрушения — режим поверхностного разрушении теплозащнтных покрытий, скорость которого определяется скоростью диффузии химически активных компонент набегающего газового потока в пограничном слое.
Характерной чертой этого режима разрушения является слабая зависимость безразмерной скорости уноса массы от температур~ поверхности (см. гл. 7). Терминология Испарение — одно из проявлений физико-химического превращения, при котором вещество со свободной поверхности жидкости переходит в газообразное состояние. Этот переход сопровождается поглощением тепловой энергии — теплоты испарения Л9 «ч. При каждом заданном значении температуры между жидкостью и ее паром может установиться равновесие, характеризуемое определенной величиной давления насыщенного пара.
В этом случае расход вещества, испаряющегося с поверхности, равен расходу вещества, переходящего обратно из газа в жидкость. Последний процесс называется конденсацией (см гл. 6, 8). Кинетика химическая — учение о скорости химической реакции, являющееся одним из разделов физической химии. Химическая реакция может протекать гомогенно, т. е, в объеме фазы, и гетерогеино, т.
е. на границе раздела фаз. Под кинетикой реакции понимают зависимость скорости данной реакции от концентрации веществ, температуры и других параметров (см, 6 6-2). Кинетический режим разрушения — режим поверхностного разрушения теплозащитпых покрытий, подвергнутых конасктивному или радиационному тепловому воздействию, скорость которого в основном определяется кннетикой реакции взаимодействия вещества покрытии и химически активных компонент набегающего газового потока. Характерной чертой этого режима разрушения является сильная (экспоненциальная) зависимость скорости уноса массы от температуры (см. гл.
7). В отличие от режима сублнмацип скорость разрушения здесь существенно зависит от содержании в потоке химически активных компонент. Частным случаем кинетического режима, когда реакция имеет нулевой порядок, может считаться деструкция полимеров (см. гл. 6). Конвективный теплообмен — в общем случае процесс переноса тепла в жидкой или газообразной среде с неоднородным распределением скорости, температуры и концентрации, осуществляемый совместным действием двух механизмов: перемеще. нием макроскопических частей среды и тепловым движением микрочастиц. Первый из этих механизмов называется конвективным переносом, тогда как второй — молекулярным.
В свою очередь применительно к теплообмену последний механизм подразделяется на теплопроводность и диффузию. Влияние конвективного переноса на теплообмен проявляется в зависимости от величины и направления скорости течения среды, от профиля скорости в потоке и от режима течения (ламинарного или турбулентного).
Влияние молекулярного переноса на теплообмен проявляется в зависимости от состава и термодинамических и переносных свойств компонент газового потока. В технических приложениях иногца производят дальнейшее дифференцирование терминов и используют понятия «теплоотдача» и «теплопередачаж Под теплоотдачей подразумевают теплообмен между твердым телом и омывающей его жидкой или газообразной средой, теплопередачей — теплообмен между жидкими илн газообразными средами, разделенными твердой стенкой. Конвективный тепловой поток — мера интенсивности (плотности) конвективного теплообмена на поверхности тела, обтекаемого высокотемпературным и высокоскоростным потоком 10 газа, равная количеству тепла, поступившему за единицу вре- Термин~ мени к единице площади поверхности обтекаемого тела (размерность в СИ вЂ” кВт/м').
Обобщая формулу Ньютона на случай обтекания тела диссоциированвым или ианизированным газовым потоком, конвективиый тепловой поток к непроницаемой и нереагирующей поверхности записывают в виде; ча= (а/сг) з(1,— 1 ), где (а/сэ) з — коэффициент теплообмена — является газодинамическим параметром теплообмеиа, т. е. учитывает влияние распределения скорости в набегающем потоке и режима течения в пограничном слое. Напротив, (1,— 1 ) — перепад энтальпий в пограничном слое — термодинамический параметр тенлообмеиа, который учитывает состав газа и температурный напор в пограничном слое.
Несмотря на условность подобного разделения, оио широко используется на практике и позволяет упростить обработку результатов экспериментальных и теоретических исследований. Методы расчета конвективного теплового потока приведены в $ 2-5 и 2-6 Коэффициент газификации (обозначается Г, безразмерный) — одна из важнейших характеристик процесса разрушения оплавляющихся теллозащитных материалов, равная отношению расхода массы в газаобрззном виде к полному уиосу массы (см. гл. 8).
Обобщая на другие классы теплозащитиых материалов, коэффициентом газификации называют параметр, определяющий долю материала, унесенного в газообразном виде (см. гл. 5). Коэффициенты переноса — физические параметры среды, характеризующие интенсивность протекания в ней тех или иных явлений переноса (диффузия, теплопроводность, вязкость). Введение коэффициентов переноса основано на допущении о линейной зависимости потоков массы, количества движения и энергии от градиентов концентрации, скорости и температуры (см.
гл. 2), Размерность коэффициентов переноса: диффузии — м'/с, теплопроводности — кВт/(м К), вязкости — (Па с) или (кг.с)/мз. Ламинарное течение — упорядоченное течение жидкости или газа, при котором они перемещаются как бы слоями, параллельными направлению течения. Особенно важное практическое значение имеет ламинарное течение в пограничном слое, образующемся на поверхности тел при обтекании их газом или жидкостью. С увеличением скорости течения жидкости, начиная с некоторой точки на поверхности тела, ламинарное течение может перейти в неупорядоченное турбулентное течение в пограничном слое (см.
гл. 2). Массообмен — самопроизвольный необратимый процесс переноса массы данных компонент в пространстве с неоднородным полем концентрации. По аналогии с теплообменом на поверхности тела, обтекаемого высокотемпературным газовым потоком, интенсивность массообмена в миогокомпонеитиом пограничном слое описывается формулой; /=5(сы — см), где 5 — коэффициент массообмена (см. гл. 2 и 7). Механизм разрушения — схематическая модель поведения теплозащитного покрытия в высокотемпературном и высокоскоростном потоке газа, указывающая количество и вид важнейших физико-химических процессов, сопровождающих унес массы этого покрытия, Механизм разрушения необходим лля расчета и сопоставления характеристик теплозащитиых покрытий в различных условиях (см.
гл 5). Терминология 372 Оплавление — процесс разрушения стеклообразных материалов в высокотемпературном и высокоскоростном газовом потоке. В отличие от плавления при нагреве кристаллических веществ оплавление стеклообразных или, в общем случае, аморфных веществ, не имеющих фиксированной точки плавления, характерно наличием двух фазовых превращений: размягчением твердой фазы до жидкого состояния и переходом некоторой части расплава в пар. Второе из указанных превращений обусловлено сильной зависимостью вязкости расплава от температуры и перегревом внешней поверхности расплава относительно температуры размягчения (который достигает в зависимости от уровня тепловых потоков и сдвигающнх напряжений нескольких сотен градусов).
Соотношение уноса масс в жидком и газообразном виде описывается коэффициентом газификации Г (см. гл. 8). Параметры торможения (заторможенного потока) — основные характеристики набегающего газового потока при исследовании работоспособности тепловой защиты. Энтальпия (нли температура) торможения характеризует уровень энергетического воздействия на материал, в частности, знтальпнйный (температурный) напор в пограничном слое Давление торможения определяет уровень силового воздействия, а также прн заданной форме тела — величину коэффициента теплообмена (см.
гл. 2). Пограничный слой — тонкий слой над поверхностью обтекаемого газом тела, в котором силы вязкости соизмеримы с инерционными силами, а продольная составляющая скорости изменяется от нуля до величины скорости набегающего газового потока. За толщину слоя выбирается такое расстояние, на котором скорость достигает 99з(з своего значения во внешнем потоке. Аналогично определяются пограничные слои для температуры и концентрации (см. гл. 2).
Радиационный (лучистый) тепловой поток †ме интенсивности (плотности) радиационного теплообмена на поверхности тела, обтекаемого высокотемпературным потоком газа. Радиационный тепловой поток дополняет (а в некоторых случаях и превосходит) конвективный тепловой поток по мере того, как возрастают температура и плотность излучающего газового объема. В отличие от конвективного теплообмена интенсивность радиационного воздействия возрастает при увеличении размеров обтекаемого тела, экранирующее действие вдуваемых паров очень слабо зависит от их расхода (см.
гл. !О). Рекомбинацня — процесс обратный диссоциации (см. гл 2). Скорость уноса массы — основная характеристика процесса разрушения теплозащитных покрытий в высокотемпературном газовом потоке, равная произведению плотности материала покрытия на скорость линейного перемещения его внешней поверхности. Отношение скорости уноса массы к коэффициенту теплообмена на непроницаемой поверхности, называемая безразмерной скоростью уноса массы (разрушения), является удобным параметром представления результатов для химически активных теплозащитных материалов (см. гл.
б, 7, 9). Сублимация — переход вещества из твердой фазы в газообразную, минуя жидкую фазу. Сублимация вместе с испарением составляют две разновидности парообразования (см, гл. 6,7,8,9и!0), Термине Сублимационный режим разрушения — режим поверхностного разрушения теплозащитных материалов в условиях ин. тенсивных конвективных и радиационных тепловых воздействий, скорость которого определяется величиной скорости сублимации основных компонент материала. На этом режиме разрушения скорость уноса массы экспоненциально зависит от температуры поверхности, что приводит к слабому изменению этой температуры в широком интервале варьирования тепловых потоков (при постоянном давлении).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
