Тепловое разрушение материалов - часть 56

9.6. Заключение 

 

226

 
К.

 

− Конечно! Что касается методов диагностики источников высокотемпературного нагрева, эксперименталь-

ного исследования высокотемпературных характеристик различных материалов, предсказания их свойств, то я 
даже не берусь их перечислять. А вот для, так называемого народного хозяйства, можно отметить следующее: 

Поскольку прогрев и унос массы материала задается тепловым потоком до начала плавления (разруше-

ния) поверхности и никак не зависит от того, какое количество материала в дальнейшем унесется в жидком или 
газообразном  состояниях,  то  наиболее  экономичными  установками  для  резки,  плавки  и  нанесения  покрытий 
следует считать установки, которые обеспечивают большие тепловые потоки за счет высоких коэффициентов 
теплообмена, а не за счет температуры газа. 

При исследованиях температурных полей в легированной КСК мы наглядно показали наличие «зоны» с 

аномальными условиями передачи тепла вблизи поверхности плавления. Это позволяет нам выдать такие реко-
мендации: 

− «зона» оказывает значительное влияние на нестационарной прогрев и унос массы только материалов с 

низкой теплопроводностью, в том числе аблирующих теплозащитных покрытий;  

− поскольку при повышении теплопроводности материала влияние «зоны» на температурное поле силь-

но уменьшается, то при расчете прогрева, например металлов и сплавов, этим влиянием можно пренебречь да-
же при высоких температурах; 

Мы установили, что в условиях, когда подводимый тепловой поток превышает уровень, допустимый для 

нагрева материала без разрушения, возможно волновое возмущение температурного поля. При отсутствии уно-
са с увеличением времени нагрева оно затухает, а при уносе массы волновое возмущение, по-видимому, явля-
ется одной из причин ускорения выхода на стационарный режим разрушения поверхности. Отсюда следует, что 
любая диссипативная структура, к которой также можно отнести и прогретый слой материала, когда подводи-
мый тепловой поток превышает значение, допустимое для нагрева материала без плавления поверхности, пере-
ходит в новое 

− динамически устойчивое стационарное состояние в результате флуктуации.  

Кроме того, я считаю, что наша константа является причиной и пока непонятного явления 

− неожиданно-

го повышения теплового потока на границе «шлак-металл» в установках электрошлакового переплава. В работе 
«Аномальная  теплопередача  на  границе  «шлак-металл»  в  установке  электрошлакового  переплава» (Скороход 
В.В., Фролов Г.А. и Горностаев Г.Ф. Доп. НАНУ. 2004. №7. С. 90

−96) как раз и показано, что при электрошла-

ковом переплаве, когда нет уноса массы и фильтрации газообразных продуктов, аномальный всплеск лучистого 
и конвективного тепловых потоков на границе «шлак-металл», по-видимому, связан с необходимостью отвода 
накопленного тепла также и за счет подобного механизма. 

 

 

 

 

 
 
 
 
 

ПРИЛОЖЕНИЯ 

 
 
 
 

Для удобства читателей приложения начинаются с условных обозначений и сокращений, принятых в 

книге  (прилож. I).  

Далее приводится краткая характеристика асбо,-угле,-стеклопластиков, органоволокнитов, высоконапо-

ленных материалов на каучуковой основе и кварцевой стеклокерамики, использованных для изучения законо-
мерностей взаимодействия твердого тела с высокотемпературной средой (прилож. II).  

Приложения III и IV представляют собой небольшую базу данных по высокотемпературным материалам 

различного назначения.  

Приложение III «Материалы для аблирующей и многоразовой тепловой защиты летательных аппаратов» 

включает в себя следующие разделы: 

− резиноподобные ТЗМ для защиты внутренней поверхности РДДТ; 

− углепластики и углеметаллопластики; 

− материалы для защиты деталей ракет при температурах выше 3000 

о

С и многоразового использования 

при температурах 1700 

о

С 

− 1850

 о

С; 

− высокотемпературная теплоизоляция поверхности многоразовых космических систем; 

− композиционные материалы для теплонапряженных элементов летательных аппаратов. 
Это приложение в основном включает данные, приведенные в работах [14], [301] и материалы, разрабо-

танные в ОНПП «Технология» и ИПМ НАН Украины. В работе [301] достаточно подробно изложена техноло-
гия изготовления материалов для тепловой защиты РДТТ.  

Приложение IV «Материалы для высокотемпературных изделий и технологических установок» включает 

в себя данные: 

− по графитам, в том числе по терморасширенному графиту; 

− высокотемпературной теплоизоляции; 

− керамическим высокотемпературным диэлектрическим материалам; 

− огнеупорам различного назначения; 

− материалам для керамических рекуператоров; 

− высокотемпературной керамике с высокой теплопроводностью, прочностью и трещиностойкостью. 
Многие из этих материалов разработаны в Институте проблем материаловедения НАН Украины и приве-

дены в базе данных ИПМ НАНУ по керамическим материалам. Кроме этого при подборе данных использован 
ряд монографий и журнальных статей, ссылки на которые даны в колонке «Источник, разработчик». 

В заключении приводится алфавитный список часто употребляемых в книге терминов. 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Приложения 

 

228

ПРИЛОЖЕНИЕ I 

 

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 

Основные величины: 

a, a(T) –  коэффициент температуропроводности и его температурная зависимость, м

2

/с; 

a

п

/a

0

 

−  отношение температуропроводностей пористого и беспористого образцов;  

Bi –  критерий Био; 

c  

−  теплоемкость, кДж/(кг⋅К);  

g

c

−  теплоемкость газообразных продуктов разложения связующего, кДж/(кг⋅К);  

p

c

−  удельная теплоёмкость при постоянном давлении, кДж/(кг⋅К); 

c

v

 –  удельная теплоёмкость при постоянном объеме, кДж/(кг

⋅К);  

−

ж

  

и

 

р

р

c

с

  среднеинтегральные  теплоемкости  материала  в  твердом  и  жидком  состояниях, 

кДж/(кг·К);  

c

f  

−  коэффициент трения; 

с

i

 –  массовая концентрация i-й компоненты; 

C

H

 –  безразмерный коэффициент теплопередачи; 

e

o

C

,

−

  концентрация кислорода в набегающем потоке;  

x

C

−  коэффициент лобового сопротивления;  

τ

C

 

−  коэффициента поверхностного трения;  

d –  диаметр термоэлектрода термопары, м; 

d

м

 –  диаметр модели, м; 

кал

d

 

−  диаметр калориметра, м; 

0

d

 и 

0

d

 

−  параметр нестационарного уноса массы, который задает смещение прямой линей-

ного уноса относительно начала координат (м) и его безразмерное значение;  

d

N

 

−  диаметр кривизны торца, м; 

dp

e

/dx 

−  градиент давления; 

D 

−  коэффициент диффузии; 

D

12

 –

  коэффициент диффузии бинарной смеси; 

D

с

 –

  диаметр выходного сечения сопла, м;  

D

q

−  диаметр зоны постоянного теплового потока, м; 

F

x

 –

  касательная составляющая инерционных сил; 

   Fo –  число Фурье; 

F

T

 

−  сила трения, Н; 

G –  расход охладителя, кг/(м

2

⋅с); 

w

G

 

−  скорость испарения, кг/(м

2

⋅с);  

−

w

G

  безразмерная скорость испарения; 

Σ

G

 

−  скорость уноса массы, кг/(м

2

⋅с);  

−

Σ

G

  безразмерная скорость уноса массы;  

Σ

′

G

 

−  безразмерная скорость уноса, отнесенная к начальному перепаду энтальпии или 

тепловому потоку на холодную поверхность; 

0

Σ

G

−  безразмерная скорость уноса массы безпористого материала; 

g

G

–  массовый поток газообразных продуктов разложения связующего, кг/(м

2

⋅с); 

G

бен

−  расход бензина, г/с; 

G

воз

−  расход воздуха, г/с; 

G

бп 

−  вес образца без пленки расплава, кг; 

G

н

 

−  начальный вес образца, кг; 

G

п

 

−  вес образца с пленкой расплава, кг; 

G

наб 

–  расход газа, набегающего на приемное отверстие, кг/(м

2

⋅с); 

G

отб 

–  расхода газа, проходящего через датчик, кг/(м

2

⋅с);  

H –  параметр стабилизации уноса массы (кДж/кг), высота полета, км; 

H

*

 

−  параметр внутреннего теплопоглощения, кДж/кг;  

)

(T

H

−  теплосодержание прогретого слоя, кДж/кг;  

)

(

w

T

H

и 

)

(

кип

T

H

−  теплосодержание материала при температурах поверхности и кипения, кДж/кг;  

тв

)]

(

[

T

H

−  теплосодержание твердого прогретого слоя, кДж/кг; 

Приложения 

 

229

h

 

 –  высота канала, м; 

h

i 

 –  теплосодержание i-ой компоненты; 

0

i

h

 

−  теплота образования i-ой компоненты; 

I –  энтальпия газа, кДж/кг;  

−

e

I

  энтальпия торможения, кДж/кг;  

I

w

 и 

0

I

−  энтальпия газа при температурах горячей и холодной поверхности, кДж/кг;  

эфф

I

−  эффективная энтальпия материала, кДж/кг; 

J –  диффузионный поток массы; 
j

i

 –

  перенос массы i-ой компоненты;  

k –  показатель адиабаты, показатель степени;  

K –  коэффициент, характеризующий скорость перемещения изотермы; 

K

w 

–  параметр каталитической активности, см/с; 

p

T

K

−  константа теплового разрушения материала; 

K

a

,

 K

s

 –  коэффициенты поглощения и рассеяния; 

)

(

λ

K

−  спектральный коэффициент поглощения поверхности; 

L –  характерный размер, расстояние от среза сопла ЭДП, м; 

l –  длина изотермического участка термопары, м; 

Le 

−  число Льюиса; 

M –

  число Маха; 

M

∞

 –  число Маха невозмущенного потока; 

M –  молекулярная масса; 

M

e

 –

  молекулярная масса набегающего потока газа; 

M

w

 –

  молекулярная масса вдуваемого газа; 

m –  масса тела (кг), тепловая эффективность материала;  

*
эр

m

−  "пороговое" значение массы выпавших частиц, кг;  

n –  нормаль к поверхности;  

Nu

 –  число Нуссельта; 

Nu

w

 –  число Нуссельта при температуре стенки; 

Nu

x

 –  число Нуссельта, рассчитанное по координате x; 

P –  давление, Па; 

P

e

 –  давление на внешней границе пограничного слоя, Па; 

P

v

 –  давление паров, Па; 

p

i

 –  парциональное давление 

i-ой компоненты; 

изб

P

 –  избыточное давление торможения 

)

(

∞

− P

P

e

, Па; 

к

P

−  давление в камере плазмотрона или камере сгорания, Па; 

кр

P

 –  давление в критической точке, Па;  

Pr –  число Прантля; 

Pr

w

 –  число Прантля при температуре стенки; 

Pr

В

 –  число Прантля для вдуваемого газа; 

q 

−  тепловой поток, кВт/м

2

; 

 

0

q

 

−  конвективный тепловой поток к горячей непроницаемой поверхности, кВт/м

2

;  

w

q

 

−  тепловой поток с учетом вдува, кВт/м

2

;  

вд

q

 

−  тепловой эффект вдува, кВт/м

2

;  

к

q

−  тепловой поток к холодной поверхности калориметра, кВт/м

2

;  

ср

ср

, q

q

−  среднеинтегральный тепловой поток и его безразмерное значение;  

0

ср

, q

q

′

′

−  тепловые потоки с учётом излучения с поверхности, кВт/м

2

; 

л

q

 

−  лучистый тепловой поток, кВт/м

2

;  

q

0

(

τ) –  зависимость теплового потока от времени нагрева, кВт/м

2

; 

Σ

q

−  сумма лучистого и конвективного тепловых потоков, кВт/м

2

; 

2

1

 ,

Σ

Σ

q

q

−  суммарный тепловой поток, воспринимаемый первым и вторым тепломерами, 

кВт/м

2

; 

Σ

Q

 –  суммарное количество тепла, кДж; 

d

Q

 

−  энергия диссоциации; 

R

 

−  универсальная газовая постоянная, Дж/(кг⋅К); 

R

с

 –

  коэффициент общего термического сопротивления материала;