2 / 6
В.В. Горский
2
Инженерный журнал: наука и инновации
# 8·2017
ется использовать простую формулу, полученную из балансов масс
кислорода и углерода на стенке при ограничении набора веществ, со-
ставленных из этих элементов, только оксидом углерода.
В настоящей статье проанализируем расчетные соотношения, по-
лученные с использованием этой формулы в работах [3, 4], не рас-
сматривая вопрос об обоснованности ее применения при экстремаль-
но высоких температурах стенки, которые соответствуют сублима-
ционному режиму абляции углерода.
Физико-математический анализ инженерной методики
Ю.Д. Пчелкина.
К инженерной методике расчета, опубликованной в
работах [3, 4], имеются следующие замечания.
1. Методика сформулирована в квазистационарной постановке, а
углеродные материалы относятся к такому классу абляционной теп-
ловой защиты, для которого задачу прогрева и уноса массы следует
рассматривать в нестационарной постановке. Это является следстви-
ем высокой теплопроводности указанных материалов.
2. Анализ приведенных в работах [3, 4] расчетных зависимостей
показал, что и в квазистационарной постановке требуется их опреде-
ленная корректировка, связанная с записью в этих работах баланса
теплоты на стенке в форме:
(
)
(
)
(
)
4
,
00
C
1
,
s
h im Abl
w
w Abl
w
A G H H T G Q L dH
− η
− − εσ = ∆ + −
(1)
где
,
h im
A
— коэффициент теплообмена на непроницаемой стенке,
кг/(м
2
⋅
с);
η
— коэффициент вдува;
00
H
— энтальпия торможения
набегающего потока воздуха, Дж/кг;
w
H
— энтальпия воздуха при
температуре стенки;
ε
— степень черноты стенки;
σ
— константа
Стефана — Больцмана, Вт/(м
2
⋅
K
4
);
w
T
— температура стенки, K;
w
Q
∆
— тепловой эффект физико-химических превращений, проте-
кающих на стенке, Дж/кг;
L
— отношение массовых скоростей га-
зификации и абляции материала;
C
s
dH
— разность энтальпий кон-
денсированного углерода, соответствующая его нагреву от исходного
состояния до температуры стенки;
Abl
G
— массовая скорость абля-
ции, кг/(м
2
⋅
с).
Для теплового эффекта физико-химических превращений ис-
пользуется его значение 31,4 МДж/кг, характерное для теплового
эффекта физико-химических превращений, протекающих на стенке
при сублимационном режиме абляции углерода. Для расчета разно-
сти энтальпии конденсированного углерода используется аппрокси-
мационная зависимость, построенная по данным из работы [5].
Отметим, что правильная запись баланса теплоты на аблирующей
углеродной стенке имеет вид