Обобщим полученные результаты исследования, проведя расчеты при резких изменениях внешних параметров, при однократном и многократном нагреве, для однослойной и многослойной теплозащитных систем. При этом удалось отметить следующую особенность. Если на поверхности покрытия температура большую часть времени сохраняется на одном и том же уровне, то для определения глубины прогрева можно использовать одно эквивалентное значение, взятое при среднеарифметической температуре по толщине покрытия. Если же температура внешней поверхности существенно переменна по времени, т. е. не имеет ярко выраженной «полки», или если коэффициент теплопроводности немонотонно зависит от температуры, то целесообразно использовать кусочно-постоянную аппроксимацию зависимости. Даже при перепаде температур в теплозащитном покрытии в 3300 К оказывается достаточно 4—5-ступенчатой аппроксимации, причем желательно, чтобы границы выбираемых температурных интервалов кусочно-постоянной аппроксимации при наличии экстремумов проходили через них так же, как и через границы зон физико-химических превращений материала.
Используя кусочно-постоянную аппроксимацию, можно рассчитывать с удовлетворительной точностью не только глубину прогрева (интегральную характеристику прогрева), но и все температурное поле, толщины отдельных зон, например прококсованного слоя или пленки расплава. Возможность кусочно-постоянной аппроксимации зависимости коэффициента теплопроводности от температуры существенно ослабляет требования к объему и температурным интервалам измерений теплофизических свойств. Указанную аппроксимацию Я можно осуществить и для разлагающихся материалов, что является важным доводом при доказательстве существования у них единственной, не зависящей от величины и характера изменения скорости нагрева зависимости. Влияние внутренних физико-химических превращений на температурное поле в теплозащитном материале. До сих пор рассматривались однородные теплозащитные материалы, при нагреве которых не возникало внутренних источников или стоков тепла. Большинство разрушающихся теплозащитных материалов являются композиционными, причем при нагреве их отдельные компоненты могут претерпевать ряд физико-химических превращений еще до выхода на внешнюю поверхность.
Через обозначим характерную температуру внутреннего физико-химического превращения (например, термического разложения или коксования). Предполагается, что она является центром температурного интервала, в котором может реализоваться тепловой эффект физико-химического превращения, изменяться плотность исходного материала, если разложению подверглась твердофазная компонента или появился пиролитический осадок, выделяться некоторое количество газа, пропорциональное изменению плотности материала. Естественно допустить, что вне температурного интервала тепловой эффект, а выделяющийся при физико-химическом превращении материала расход газообразных продуктов сохраняется постоянным и равным его значению на соответствующей границе зоны реакции. Не касаясь физического обоснования предложенной схемы, подчеркнем главные тепловые аспекты рассматриваемого явления. Итак, внутри материала на неизвестной заранее глубине предполагается существование теплового стока и источника образования газов. Эти газы, фильтруясь затем сквозь поры вышележащего слоя, отбирают часть тепла от стенок пор. В первом приближении будем считать, что в любой точке теплозащитного покрытия температура газообразных продуктов физико-химических превращений и стенок пор равна (независимо от скорости фильтрации этих продуктов). Далее допускаем, что гидравлическим сопротивлением пористой среды можно пренебречь, что исключает накопление газообразных продуктов внутри слоя прореагировавшего материала.
11 июля 2012
