Оглавление:
Аблирующие покрытия
- Помимо термостойких покрытий, в технологии широко применяются теплозащитные материалы, которые разрушаются в процессе взаимодействия с тепловым газовым потоком. При нагревании поверхность теплозащитного покрытия плавится и сублимируется Он разлагается газообразными продуктами разложения и образованием твердого карбонизированного слоя. Продукт разрушения теплозащитного покрытия уносится с поверхности горячим газовым потоком. Таким образом, теплообменная поверхность во время движения будет перемещаться с большой скоростью на глубину покрытия.
Совокупность процессов, происходящих на поверхности дезинтегрирующего покрытия в процессе его эксплуатации, называется абляцией. Важной особенностью работы абляционного теплозащитного покрытия является то, что большая часть тепла, поступающего от газа к теплообменной поверхности, расходуется на фазовый переход и химическую конверсию, и только часть его отводится на structure. In в этом случае, когда продукты парогазового разложения покрытия вводятся в пограничный слой горячего газа, тепловой поток к теплообменной поверхности уменьшается. 1. одной из важных характеристик Абляционного покрытия является теплота абляции r».Это тепло, поглощаемое единицей массы увлекаемого материала.
Если, однако, кто-либо попытается сделать критерий Прандтля величиной переменной, зависящей от расстояния от стенки и других параметров, тогда весь расчет, основанный на аналогии Рейнольдса, во многом потеряет свою эффективность. Людмила Фирмаль
В единицу времени, тепло. Из горячего газа на поверхность блока подается газ при температуре абляции и удаляется излучением 9пл *, а теплопроводность внутри покрытия 7н₁, кг!(СМГ-сек), когда тепловая защита уносится, в виде формулы ГЛ (16-6)） величина ha отражает свойства теплопоглощающего Абляционного покрытия, но не учитывает защитный эффект продуктов распада покрытия, вводимых в пограничный слой горячего газа. Поэтому при сравнительной оценке покрытия удобнее использовать эффективную теплоту абляции ГэВ. (16.7） Где плотность теплового потока от горячего газа к поверхности при температуре абляции, но является условием при отсутствии абляции.
Если в процессе абляции не получается газообразного продукта пара g, то gof = ha. Следует отметить, что эффективная теплота отжига влияет на скорость отжига материалов, но не однозначно определяет качество его отжига coating. An не менее важным свойством таких покрытий является теплопроводность. Если теплопроводность покрытия велика, то на структуру передается большой тепловой поток, что приводит к быстрому нагреву. Рассмотрим, как определить скорость абляции покрытия в предположении, что абляция происходит в стационарных условиях (u = const1) и что фазовые и химические превращения на границе раздела происходят в слоях незначительной толщины.
Плотность массового расхода аблированного материала определяется по формуле Г = Ра»-(16.8） Принимая во внимание эту формулу, из Формулы (16.6), скорость абляции покрытия, в дополнение к характеристикам g и p покрытия, плотность теплового потока, ^₁ПЛ и Тепловой поток определяется теплопроводностью и температурным полем покрытия. в фиксированной системе координат с and = sop $ 1 температура покрытия в фиксированной точке изменяется с течением времени. Поэтому для нахождения температурного поля покрытия в 1-й постановке задачи необходимо исходить из Формулы (4.10).Введем движущуюся систему координат, которая движется к скорости абляции и покрытию depth.
Эта система координат 5, перпендикулярная поверхности, определяется по формуле: (16.9 )） Это легко узнать из этой формулы _ c. d ’ d2 ′ ■ dgdh2’ Д1 u_id1 ДГ » Д & в»」 Если вы замените эти выражения в (4.10)、 СР я ____ Д1_ а » доктор и ДБ (16.10)） В принятой системе координат уравнение (16.10) можно описать как полную производную, так как температура не зависит от времени. сказал он.= 0. О других (16.Х） Форма решения этого уравнения имеет вид (=С₁ + С₁₁е » Л(16.12） 5 = For ( = / ,,«, поэтому если C₁= for 5 = 0 1 =и Cg = 1W-температура поверхности абляции равна: (и начальная температура стенки.
- Замена интегральной константы выражения、 (16.12） и.«=, (16.13). Градиент температуры поверхности абляции — Уш-ТС）- (16.14） Тепловой поток, выделяющийся в покрытие Я… = По » Сиэн(1Вт— (16.15)） (16.8) замена этого выражения в Формуле (16.6) nyal дает баланс теплоты = гг’.+ СП (16.16)） В этой формуле коэффициент теплопередачи зависит от потока пара или газа, который вдувается в пограничный слой и определяется по методике, рассмотренной в§ 4. XII. плотность массового расхода * в общем случае г * = 4ч&(16.17） Где Р-степень газификации, равная отношению расхода пара или газа к общему расходу материала покрытия. Для различных механизмов абляции f = 0-1.
Метод определения скорости отжига на основе уравнения (16.16) зависит от механизма отжига. Когда покрытие сублимируется при взаимодействии с горячим газом, оно становится Φ= 1, а равновесная температура поверхности равна Ch. Согласно процедуре, рассмотренной в 5, она определяется графическим решением уравнения (16.16). XII. на основании этого решения определяют концентрацию пара Сш и коэффициент массопереноса Р₀ вблизи поверхности, следовательно, определяют скорость абляции и|или скорость абляции из уравнения (12.31) 1 расхода абляционного вещества в 1⁰ и уравнения (16.8). В этом случае теплота абляции будет равна теплоте сублимации.
Возникают незначительные затруднения при использовании числового значения критерия турбулентности Прандтля, отличного от единицы, поскольку эта величина считается постоянной для определенных условий потока. Людмила Фирмаль
Значительной теплотой сублимации обладают некоторые органические вещества (нафталин, мозг), неорганические соли и др. Например, теплота сублимации хлорида аммония составляет 4159 кДж/кг. Аналогичная методика может быть использована для расчета абляции покрытия. Взаимодействие покрытия с горячим газовым потоком сопровождается химической реакцией с образованием газообразных продуктов. При использовании расплавленного покрытия на поверхности покрытия образуется вязкая расплавленная пленка, которая течет вдоль корпуса под воздействием потока газа, очищающего стенки. Если испарения нет 0.
Жара передана через плавя слой к точке плавления, поэтому температура поверхности фильма более высока чем плавить temperature. As в результате теплота, подводимая к поверхности корпуса, частично компенсирует теплоту плавления, которая передается на внутреннюю сторону покрытия, и частично расходуется на увеличение энтальпии пленки, продуваемой потоком газа корпуса. Скорость абляции покрытия при оплавлении можно определить по формуле (16.16). Испарения не происходит, и существует линейное распределение температуры по всей толщине пленки (16.19） Здесь ГПЛ-теплота плавления. C — теплоемкость расплава. / Температура плавления. — Температура поверхности пленки.
Как видно из Формулы (16.18), скорость абляции уменьшается с увеличением температуры поверхности пленки. Однако эта температура не может быть выбрана произвольно. Определяются кинетические условия пленки и ее теплопроводность 171.Чем выше вязкость расплава и ниже теплопроводность, тем выше температура 1 ^и тем меньше ha. Жара плавить материал низка. Поэтому тепло абляции расплавленного покрытия имеет небольшое значение. Когда взаимодействие между пленкой и потоком горячего газа сопровождается испарением или разложением расплава, эффективность покрытия значительно повышается, в результате чего уменьшается тепловой поток к поверхности покрытия и увеличивается эффективная теплота абляции.
Даже несколько процентов испарения расплава может привести к многократным падениям скорости удаления. В качестве плавящегося покрытия можно использовать хорошие термоупругие свойства, низкую теплопроводность в жидком состоянии, высокую вязкость и теплоту испарения (эти материалы не обладают скрытой теплотой плавления), а также стекловолокно или стеклопластик. Защитный эффект может быть основан на карбонизации поверхностного слоя материала покрытия. Слой карбонизации действует как теплоизоляция, через которую газообразный продукт химической реакции, происходящей внутри слоя карбонизации, вдувается в пограничный слой горячего газа.
Обучение Слепой слой главным образом составлен углерода, который может сублимировать на низком уровне pressure. So, в дополнение к теплоизоляционному эффекту самого слоя, инжекция газа в границу уменьшает подвод тепла к поверхности Покрытие, карбонизированное в процессе, реализуют Из смол и других органических веществ. В ракетной технике широко используются огнестойкие, плавящиеся, сублимационные и газификационные покрытия, которые предотвращают разрушение ракеты при попадании в плотный слой атмосферы. Эти покрытия также используются для защиты внутренних поверхностей твердотопливных ракет engines.
Смотрите также:
| Конвективное охлаждение | Система пористого охлаждения |
| Тугоплавкие теплоизолирующие покрытия | Пленочное охлаждение |
