ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Температурное поле при горении, сублимации и абляции из "Электрическое моделирование нестационарных процессов теплообмена " Постановка задачи. В технике часто встречаются задачи по определению нестационарного температурного поля в твердом теле с движущимися границами. К такого рода задачам относятся процессы плавления, горения, сублимации, абляции. В результате физико-химических процессов, происходящих на поверхности и в слоях, прилегающих к этой поверхности, твердое вещество переходит из одного фазового состояния в другое с выделением или поглощением тепла. [c.85] Процессы горения твердого вещества характерны тем, что происходящим на поверхности физико-химическим превращениям сопутствует зона подготовительных процессов, протекающих в конденсированной фазе (к-фазе). При горении твердого вещества часть его переходит из твердого состояния в жидкое (плавление), а затем из жидкого состояния в газообразное (испарение). Эти процессы протекают не только на поверхности, но и в к-фазе. При этом в к-фазе на различных удалениях от поверхности горения с различной интенсивностью происходит потеря газообразных, жидких и твердых продуктов теплового разложения (пиролиз). При горении часть твердого вещества, минуя жидкую фазу, из твердого состояния переходит непосредственно в газообразное (сублимация). Таким образом, процесс горения представляет собой сложный процесс, включающий сублимацию, испарение, пиролиз, сопровождаемые окислением с выделением тепла в газообразной и к-фазе. [c.85] Таким образом, процесс абляции — это унос материала с поверхности в результате теплового и газодинамического воздействия. В качестве абляционных материалов используют медь, чугун, пластмассы и т. д. В поверхностном слое конденсированной фазы при сублимации, горении, абляции можно выделить три характерные зоны прилегающая к поверхности зона коксования, зона подготовительных процессов и прогретая зона. Характерной особенностью рассматриваемых процессов является подвижность границы и наличие указанных зон. Различие между ними заключается в протекании частных явлений и характере тепловыделения или теплопоглощения в конденсированной и газообразной средах. [c.86] например, при горении поверхность перемещается в глубь твердого тела с нормальной скоростью распространения пламени и . В случае абляции поверхность также перемещается в глубь материала, но со скоростью абляции Ыа. Если при горении имеет место выделение тепла на горящей поверхности в газообразной и конденсированной фазах, то при абляции и сублимации происходит лишь поглощение тепла при фазовых переходах. [c.86] Будем считать, что имеется полубесконечное тело с плоской поверхностью, которая перемещается с нормальной скоростью горения Допущение о полубес-конечности твердого вещества не должно вносить ошибки в рассматриваемую задачу в связи с тем, что прогрев к-фазы мал по сравнению с размерами тела. Теплообмен между продуктами сгорания и горящей поверхностью твердого тела происходит конвекцией и радиацией. Задано произвольное на- чальное распределение [ температуры в твердом теле. Поместим начало координат на горящей поверхности тела и будем считать его неподвижным, полагая при этом, что тело непрерывно, перемещается в направлении, обратном координатной оси х со скоростью Ut, равной скорости горения. Таким образом, горящая поверхность постоянно находится в начале координат. [c.87] Равенства (2-103) и (2-105) позволяют определить температуру во всех внутренних точках и являются основными расчетными формулами. Если в равенстве (2-105) заменить скорость горения Ыт на скорость абляции а, то оно будет также являться основной расчетной формулой и для процессов с абляцией. [c.89] При скорости горения или абляции, равной нулю, расчетная зависимость (2-105) обраш,ается в известную формулу (2-46). [c.90] Расчетные зависимости (2-107) и (2-109) являются основными при определении температуры поверхности при горении и абляции. [c.91] Расчетный бланк и порядок выполнения расчета. Совокупность полученных расчетных зависимостей позволяет определить температурное поле как при горении, так и при абляции материала. Расчетный бланк имеет ранее разработанную форму (см., например, рис. 2-13). Для пользования расчетным бланком необходимо иметь таблицу или график значений Т , аг, т, Qv, Qn в функции времени. [c.91] Расчет температурного поля при горении и, абляции следует разделить на два этапа. Первый этап — прогрев материала до начала горения или абляции. Этот этап расчета практически полностью совпадает с ранее рассмотренным определением температурного поля в твердом теле. Второй этап начинается от момента воспламенения или от начала абляции и продолжается до интересующего нас момента времени. Особенностью расчета температурного поля на втором этапе является то, что толщина материала в результате горения или абляции и количество столбцов расчетного бланка будут непрерывно уменьшаться. Уменьшение числа столбцов расчетного бланка производится скачками. При сгорании слоя, равного шагу интегрирования Ах, количество столбцов уменьшается на единицу и т. д. Подготовка исходных данных и порядок проведения расчета аналогичны ранее рассмотренным. [c.91] Вернуться к основной статье