Разрушение графита начинается задолго до достижения температуры сублимации, и оно вызвано высокой реакционной способностью графита во многих газовых средах, особенно в кислороде и воздухе. При температурах поверхности до 1100 К на воздухе и до 1400 К в парах воды разрушение графита, как правило, целиком определяется кинетикой реакции, т. е. скорость разрушения экспоненциально меняется с температурой поверхности. После небольшого переходного участка начинается область, где процесс разрушения лимитируется скоростью встречной диффузии окислителя и продуктов разрушения в многокомпонентном пограничном слое; в этом случае скорость разрушения слабо зависит от температуры поверхности, которая может меняться от 1200—1600 до 2400—3800 К в зависимости от давления. Это область, где необходимо учитывать размеры и форму тела, значения коэффициентов диффузии и возможные продукты реакций всех компонент, число которых может достигать нескольких десятков. И лишь при высоких температурах все большую, роль в уносе массы графита начинает играть собственно процесс сублимации, который зависит от давления окружающей среды ре. Скорость уноса массы экспоненциально возрастает.
Заметим, что экспериментальные данные указывают на возможность частичного механического разрушения графита — эрозии в виде пылинок, поэтому нельзя принимать коэффициент газификации. Что касается теплового эффекта разрушения, то при низких температурах поверхности он не только сильно отличается от теплоты сублимации (в случае окисления он может стать даже отрицательным) но и существенно зависит от состава газа в пограничном слое (в частности, от соотношения таких компонент, как СО, СО2, CN, С2Н2 и т. д.). Задача теоретического анализа тепловой защиты состоит не только в том, чтобы построить модель процесса или выявить так называемый определяющий механизм разрушения, но и в том, чтобы на основании этой модели уметь рассчитывать для конкретных условий обтекания величины. Введение двух этих параметров позволяет использовать для сравнительной оценки и отбора различных теплозащитных материалов весьма удобную характеристику разрушения — эффективную энтальпию, речь о которой пойдет ниже.
11 июля 2012
