Рассмотрим задачу о переносе тепла в полубесконечном теле, поверх-ность которого разрушается при постоянной температуре, причем каждый килограмм унесенной массы поглощает некоторое заданное количество тепла. Эта модель, несмотря на идеализацию постановки, несет в себе все основные черты нестационарного разрушения реальных теплозащитных покрытий, она особенно удобна при разработке методики стендовых экспериментов и обработке их результатов. Достоинство модели обусловлено прежде всего малым числом определяющих параметров, позволяющих обойтись небольшим числом результирующих зависимостей (чаще всего представленных в графическом виде), построенных на основании численных расчетов. Следует подчеркнуть при этом важность правильного выбора системы определяющих параметров для упрощения всех последующих расчетов.
Физическим прототипом данной расчетной модели является процесс оплавления кристаллических веществ при интенсивном аэродинамическом нагреве. В самом характере нагрева четко различаются два периода. В первом — температура поверхности монотонно возрастает, пока не достигнет температуры разрушения. На этом отрезке задача ничем не отличается от рассмотренных в предыдущем параграфе. В частности, с их помощью легко рассчитать время достижения начала разрушения, а также профиль температуры в теле, который сформируется к этому моменту.
Достигнув температуры разрушения, кристаллические вещества плавятся и практически мгновенно сносятся в виде тончайшей жидкой пленки набегающим потоком газа. Небольшие толщины пленки расплава на кристаллических телах обусловлены низкой вязкостью расплава. Температура внешней поверхности пленки практически не отличается от температуры разрушения, соответствующей внутренней границе пленки расплава. Как температура разрушения, так и сопровождающий его тепловой эффект остаются постоянными во всем интересующем практику диапазоне тепловых потоков.
В начальный момент времени и в последующем на достаточном удалении от внешней поверхности температура тела предполагается постоянной и равной. Учитывая, что по достижении температуры разрушения тепловой поток в обоих рассматриваемых случаях перестает измениться, нетрудно показать, что линейная скорость перемещения разрушающейся поверхности, постепенно увеличиваясь, должна_ достигнуть своего постоянного (стационарного) значения. Поскольку этот переходный процесс закончится лишь через бесконечно большой отрезок времени, то обычно говорят не о стационарных, а о так называемых «квазистационарных» параметрах разрушения. Соответственно можно указать такое время, по прошествии которого скорость разрушения приблизится к стационарному значению с точностью до некоторого заданного.
11 июля 2012
