Схема изменения коэффициента теплопроводности может не соответствовать поведению реальных теплозащитных материалов. Это связано не только с тем, что при высоких температурах часть компонент теплозащитного материала может переходить из аморфного состояния в кристаллическое, что, как отмечалось, совершенно изменяет не только характер зависимости от температуры, но и саму величину коэффициента теплопроводности. Практически решающим обстоятельством оказывается разложение при нагреве части первоначальной массы вещества и образование дополнительной пористости. Появление внутри покрытия значительных объемов, заполненных газом, изменяет механизм распространения тепла. Будет показано, что при температурах менее 1000 К увеличение пористости приводит к резкому уменьшению коэффициента теплопроводности, тогда как при более высоких температурах наличие пористости в материале является причиной многократного увеличения с температурой (за счет переноса тепла излучением). В результате коэффициент теплопроводности типичного теплозащитного материала — стеклопластика не только сильно изменяется с температурой, но и является немонотонной функцией. В этих условиях применимость оценок, использующих постоянное значение теплофизических свойств, становится довольно проблематичной.
С этой целью была выполнена большая серия численных расчетов по определению влияния переменности коэффициента теплопроводности на глубину прогрева. Ограничимся вначале случаем квазистационарного разрушения с постоянной температурой внешней поверхности и постоянной (заданной) скоростью разрушения. Рассмотрим некоторые возможные зависимости коэффициента теплопроводности от температуры. Ясно, что при столь значительных расхождениях как в характере изменения, так и в абсолютной величине коэффициента теплопроводности можно ожидать больших различий в глубине прогрева. Прежде всего нужно подчеркнуть, что замена действительного постоянным (начальным) значением приводила в данных расчетах к отклонениям в результатах расчета глубины прогрева до 5 раз. Это указывает на важность учета переменности коэффициента теплопроводности высокотемпературных теплозащитных покрытий.
11 июля 2012
