Апробация расчетно-теоретической модели аэротермохимической деструкции карбида кремния, омываемого высокотемпературным потоком воздуха
Авторы: Горский В.В., Гордеев А.Н., Васильевский С.А., Дудкина Т.И., Сысенко В.А.
Опубликовано в выпуске: #11(59)/2016
DOI: 10.18698/2308-6033-2016-11-1550
Раздел: Механика | Рубрика: Механика жидкости, газа и плазмы
Карбид кремния широко используется в технике для защиты от окисления элементов конструкций высокоэнергетических устройств. Приведены результаты определения эффективных физических свойств карбида кремния на основе решения обратной задачи по отношению к известным экспериментальным данным по абляции этого материала, полученных в дозвуковых воздушных струях плазмотрона, и расчетно-теоретической модели протекания процесса. В рамках модели учтено протекание всех основных физико-химических процессов, сопутствующих абляции карбида кремния: гетерогенное химическое взаимодействие с кислородом, в результате которого на поверхности образуется пленка диоксида кремния, сублимация последнего с обеих сторон этой пленки и диффузия через нее газообразных компонентов, унос массы диоксида кремния под воздействием сдвигающих сил, действующих со стороны газового потока. Для расчета гетерогенной химической реакции использовано уравнение Аррениуса, для расчета уноса массы диоксида кремния в жидкой фазе - уравнения ламинарного пограничного слоя, сдвигающие силы, действующие на пленку диоксида кремния, получены в рамках уравнений Навье - Стокса. Результаты исследований предназначены для повышения качества расчетных оценок толщины слоя карбида кремния, необходимой для защиты от окисления высокотемпературных элементов конструкции изделий.
Литература
[1] Горский В.В., Гордеев А.Н., Дудкина Т.И. Расчетно-теоретическая модель аэротермохимической деструкции карбида кремния, омываемого высокотемпературным потоком воздуха. Теплофизика высоких температур, 2012, т. 50, № 5, с. 692-699.
[2] Анфимов Н.А. О представлении диссоциированного воздуха в качестве бинарной смеси газов при решении задач пограничного слоя. ПМТФ, 1964, № 1, с. 47.
[3] Горский В.В., Оленичева А.А. О применении закона бинарной диффузии к расчету тепло- и массообмена в газовых смесях сложного химического состава. Теплофизика высоких температур, 2011, т. 49, № 1, с. 69.
[4] Venneman D., Yakushin M. Oxidation tests on SiC reference material in the induction heated facility under sub- and supersonic flow condition. American Institute of Aeronautics and Astronautics. Proc. of the 7th International Space Planes and Hypersonic Systems Technology Conference. AIAA papers 96-4566. November 18-22, 1966, Norfolk.
[5] Yakushin M., Gordeev A., Venneman D., Novelli A. Mass loss of SiC sample surfaces under different flow conditions. AIAA Paper 98-2605, 1998.
[6] Линник Ю.В. Метод наименьших квадратов и основы теории обработки наблюдений. Москва, Изд-во физ.-мат. лит-ры, 1958, 333 с.
[7] Аоки М. Введение в методы оптимизации. Основы и приложения нелинейного программирования. Москва, Наука, 1977, 343 с.
[8] Vasil’evskii S.A., Kolesnikov A.F., Yakushin M.I. Mathematical models for plasma and gas flows in induction plasmatrons. Molecular Physics and Hypersonic Flows. Capitelli M., ed. NATO ASI Series, 1996, vol. 482. Kluwer, Dodrecht, 495 р.
[9] Васильевский С.А., Колесников А.Ф. Численное исследование течения и теплообмена в индукционном плазмотроне и определение каталитической активности материалов. Актуальные проблемы механики. Механика жидкости, газа и плазмы. Москва, Наука, 2008, с. 95-123.