Согласно работам [6, 11] скорость сублимации углерода
G
C
=
X
i
α
i
p
C
i
(
T
w
)
p
2
πRT
w
/M
C
i
,
(4)
где
p
C
i
— давление насыщенного пара,
M
C
i
— молекулярный вес и
α
i
— коэффициент испарения
i
-го компонента. Установлено [11, 12],
что основные продукты сублимации углерода — молекулы
C
1
,
C
2
,
C
3
.
Воспользуемся соотношением (4) и термодинамическими функциями
компонентов углеродного пара [13] для теоретической оценки скоро-
сти уноса массы углерода в условиях проведенных экспериментов.
В связи с неравномерным распределением температуры на поверх-
ности каверны, введем в рассмотрение осредненную скорость уноса
массы углерода
G
C,к
=
2
r
2
к
r
к
Z
0
G
C
[
T
w
(
r
)]
r dr.
(5)
Используя экспериментальные зависимости
T
w
(
r
)
(см. рис. 16), по-
лучим
G
C,к
= 0
,
07
. . .
0
,
12
кг/(м
2
c) для момента времени
t
a
= 4
,
7
с
и
G
C,к
= 0
,
012
. . .
0
,
057
кг/(м
2
c) для
t
a
= 6
,
9
c; диапазон изменения
G
C,к
соответствует области вероятных значений температурного рас-
пределения
T
(
r
)
(особо отметим, что вариация температуры поверхно-
сти в пределах погрешности измерений 60. . . 100 K приводит к более
чем двукратным изменениям в скорости сублимации углерода). Экс-
периментальные значения скорости уноса углерода с фронта каверны
G
э
C,к
= (1
−
ϕ
см
) +
kϕ
см
dm
к
dt
для моментов времени
t
= 4
,
7
и 6,9 с
соответственно равны 0,071 и 0,059 кг/(м
2
c), т.е. близки к расчетным
граничным значениям, что подтверждает допущение о сублимацион-
ном механизме уноса массы углерода.
Ранее был отмечен экспериментальный факт превалирующего уно-
са массы из области деструкции по сравнению с уносом массы с
фронта каверны, что обусловлено существенно более высоким значе-
нием теплоты сублимации углерода по сравнению с теплотой пиролиза
связующего. Поэтому, если допустить, что температурное состояние
в области деструкции определяется только поверхностным источни-
ком, то скорости распространения фронтов деструкции в радиальном
и осевом направлениях должны быть сопоставимы по величине. На
рис. 17,
а
приведена временная зависимость радиуса фронта деструк-
ции на поверхности образца, а на рис. 17,
б
— зависимости толщины
коксового слоя на фронте каверны и радиуса зоны деструкции в сече-
нии на уровне фронта каверны в функции глубины каверны, которая
может рассматриваться как интегральный параметр, характеризующий
процесс разрушения. Как видно,
dδ
c
dh
к
'
dr
к
c
dh
к
, т.е. в этом случае имеет
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2007. № 2 31
