Коэффициент массообмена из аналогии процессов массо- и теплообмена определен, как отношение диффузионного потока массы данной компоненты к разности ее концентраций в пограничном слое. Там же было выведено соотношение, связывающее коэффициенты массо- и теплообмена на непроницаемой поверхности. Расчеты показывают, что характер зависимости коэффициента массообмена от расхода вдуваемой компоненты оказывается таким же,, как у коэффициента теплообмена. Это чрезвычайно важное обстоятельство позволяет распространить аналогию между процессами тепло- и массообмена на случай вдува массы в пограничный слой, что будет впоследствии нами неоднократно использовано. Следует лишь отметить, что снижение коэффициента теплообмена происходит немного быстрее, а главное он более чувствителен к молекулярной массе вдуваемой компоненты.
В качестве примера поясним расчеты зависимости коэффициентов тепло- и массообмена от расхода газов для ряда теплозащитных материалов: графита, фенольного найлона, политетрафторэтилена (фторопласта) и композиционного теплозащитного материала, использованного на космическом аппарате «Аполлон». В этом диапазоне внешних условий молекулярная масса вдуваемых продуктов разрушения у различных материалов менялась в следующих пределах: графит — от 30 до 28, фторопласт — от 98 до 84, фенольный найлон — от 22 до 14, а материал «Аполлона» — от 22 до 17. У всех материалов, за исключением фторопласта, кривые изменения коэффициента теплообмена оказались достаточно близкими. Что касается коэффициента массообмена, то расслоение кривых несколько большее, а угол их наклона круче.
В этом случае результаты расчетов можно обрабатывать по двум различным методикам. Во-первых, можно ввести новый коэффициент вдува, определяющий наклон линейного участка зависимости коэффициента массообмена от расхода. Постоянный множитель и показатель степени у отношения молекулярных масс выше значений аналогичных параметров в формуле, что приводит к более сильному влиянию эффекта вдува. Согласно второй методике следует, сохранив общий вид аналогии между тепло- и массообменом, учесть наличие вдува в показателе степени при числе Льюиса. Проверка соотношения при вдуве продуктов разрушения графита и фенольного найлона. Сильнее нарушается связь между коэффициентами и числом Льюиса для фенольного найлона, продукты разрушения которого в рассматриваемом диапазоне внешних условий обтекания имеют число Льюиса порядка 0,6—0,7. У графита число близко к единице и отклонение от формулы не превышает 4%. На основании этих результатов предложена следующая поправка к показателю степени при числе Льюиса, которая учитывает эффект вдува газообразных продуктов разрушения. Приведенные примеры расчетов дают представление о сложности процесса массопереноса и об отсутствии единого подхода к обработке и интерпретации полученных результатов. Следует отметить, что еще очень мало теоретических, а тем более экспериментальных работ, посвященных проверке аналогии между тепло- и массообменом в условиях вдува газообразных продуктов разрушения в пограничный слой и особенно при высоких температурах и при наличии химических реакций как в пограничном слое, так и на разрушающейся поверхности. Поэтому приведенные выше соотношения не являются достаточно обоснованными и общепринятыми. Например, в работе предлагается другая зависимость между указанными коэффициентами, величиной расхода и молекулярной массой вдуваемой компоненты и набегающего потока.
11 июля 2012
