Апробация расчетно-теоретической модели аэротермохимической деструкции карбида кремния, омываемого высокотемпературным потоком воздуха

В.В. Горский, А.Н. Гордеев, С.А. Васильевский, Т.И. Дудкина, В.А. Сысенко

Инженерный журнал: наука и инновации

# 11·2016

•

использования только пассивной модели химического взаимо-

действия карбида кремния с кислородом, продуктом которой являет-

ся конденсированный диоксид кремния;

•

предположения существования псевдогазового слоя на границе

карбида кремния и пленки конденсированного диоксида кремния

(для обозначения этой границы использован термин «поверхность

»);

•

учета диффузии окислительных веществ к поверхности

из

набегающего газового потока через пленку диоксида кремния;

•

учета выделения кислорода на поверхности

за счет диссоци-

ации диоксида кремния, испарившегося с этой поверхности;

•

описания уноса массы диоксида кремния в рамках уравнений

ламинарного пограничного слоя.

Для обозначения параметров, относящихся к поверхности

и к

стенке, применяли индексы «

» и «

» соответственно, а на поверх-

ности

предполагается наличие некоторого газового псевдослоя.

Под термином «стенка» понимается поверхность материала, обтека-

емая набегающим на нее газовым потоком. В свою очередь, для обо-

значения параметров газовой смеси на внешней границе газового по-

граничного слоя используется индекс «

». Скорость диффузионного

массопереноса различных веществ рассмотрена в рамках закона би-

нарной диффузии Фика [2, 3].

Не останавливаясь на описании физико-математической поста-

новки задачи, подробно изложенной в [1], отметим, что проведенный

в этой работе крайне ограниченный объем исследований показал: в

рамках предложенного механизма термохимической деструкции карби-

да кремния удается воспроизвести аномальный характер зависимости

скорости протекания этого процесса от давления в пограничном слое.

В настоящей работе методика решения задачи по расчету скоро-

сти разрушения карбида кремния протестирована на серии экспери-

ментов, проведенных в работах [4, 5] в диапазоне температур

1 300…1600

C. При этом численное моделирование обтекания об-

разцов высокотемпературным воздушным потоком, истекающим из

разрядного канала плазмотрона, проводилось в рамках соответствия с

методикой работ [6, 7].

Анализ экспериментальных данных по скорости деструкции

карбида кремния.

Объект исследований — апробация расчетно-

теоретической модели аэротермохимической деструкции карбида

кремния на наборе данных по средней скорости

Abl,Exp

абляции

(изменения массы) карбида кремния в процессе высокотемператур-

ного газодинамического эксперимента. Данные работы [5], получен-

ные для чистого карбида кремния весовым методом в определенном

интервале изменения температуры стенки и давления

в погранич-

ном слое, приведены на рис. 1.