Определение кинетических констант гетерогенного окисления углерода на сублимационном режиме его абляции по результатам суммарных абляционных экспериментов

5 / 14

Определение кинетических констант гетерогенного окисления…
Инженерный журнал: наука и инновации # 12·2017 5
Причем в отличие от работы [9] поправку к коэффициенту тепло-
обмена, полученную с помощью дополнительного измерения давле-
ния на боковой поверхности зонда (это было связано с отсутствием
уверенности в достаточно высоком качестве указанной дополнитель-
ной информации по условиям обтекания зонда), не вводили. Коэф-
фициенты теплообмена, приведенные в таблице, отличаются от их
значений из работы [9] не более чем на 10 %.
Приведенных экспериментальных данных достаточно для реше-
ния обратной задачи определения эффективных физических свойств
материала на базе сопоставления расчетных и экспериментальных
данных по его суммарным абляционным характеристикам.
Физико-математическая постановка задачи. В расчетно-теоре-
тической модели абляции углерода принято, что удельная массовая
скорость Abl G протекания этого процесса является алгебраической
суммой ее составляющих Ox G и Sub , G обусловленных протеканием
процессов окисления и сублимации углерода.
При расчете Ox G приняты следующие предположения:
 суммарная скорость протекания процесса является алгебраиче-
ской суммой скоростей окисления, обусловленной наличием на стен-
ке атомарного и молекулярного кислорода;
 для расчета скорости окисления углерода, обусловленной нали-
чием на стенке атомарного кислорода, используется уравнение (1),
установленное экспериментально для окисления углерода в парах мо-
лекулярного кислорода.
Таким образом, можно записать
  O O
Ox O,w O
un w
exp   
 
 
 
n E
G p K
R T
  O2 O2
O2,w O2
un w
. exp 
 
 
 
n E
p K
R T
(2)
Расчет скорости сублимации углерода осуществляется в рамках
предложенного в работе [12] описания этого процесса в неравновесной
постановке с использованием формулы Ленгмюра — Кнудсена [13]:
 
3
w C , C ,w
Sub
1 un w C
,
2 /
i i
i
i i
p T p
G
R T M



  
  (3)
где i  — коэффициент аккомодации стенки по отношению к моле-
кулам сорта C ,i индексом  обозначается насыщенный пар.
Для расчета химического состава газовой смеси на стенке, знание
которого необходимо для расчета обеих составляющих скорости аб-
ляции, применяются:
 стандартная система нелинейных алгебраических уравнений,
включающая в себя балансы масс химических элементов, закон