3.3.7. Приближенная оценка тепловой нагрузки на отражатель и унос материала с его поверхности, рекомендации по выбору материала, применение теплозащитных покрытий

Тепловая нагрузка на отражатель определяется интегралом теплового потока по времени. Для упрощения оценки тепловой нагрузки на отражатель заменим определенную в натурных условиях кривую ступенчатым изменением , чтобы были одинаковыми интегральные тепловые нагрузки (рис.3.35):

.

Рис.3.35. Оценка уноса стали от воздействия теплового потока

Определим температуру стенки при заданном тепловом потоке по приближенной формуле прогрева полубесконечного тела:

, при ,

.

Определим время начала плавления стального газоотражателя при :

.

Для стали

, , .

Тогда при и .

При достижении начинается унос металла. Количество тепла, расходуемого на унос металла, можно принять приближенно как избыточное интегральное количество тепла над кривой от начала плавления до снижения теплового потока ниже значения в момент .

Пример 3.5.

Определим координаты кривой для стальной пластины (см. таблицу 3.4).

Таблица 3.4

,	6000	5500	5000	4500	4000	3500	3000	2500
, с	0,4	0,481	0,6	0,73	0,92	1,18	1,65	2,31

Тогда можно определить избыточную теплоту, уходящую на плавление материала:

,

, .

Унос материала отражателя можно определить через теплоту плавления по формуле

,

где , .

В рассматриваемом примере ,

.

Работа некоторых материалов при одинаковых приведена в таблице 3.5 и на рис.3.36.

Рис.3.36. Сравнение температур поверхности нагрева различных материалов при

Таблица 3.5

Материал			1Х18Н9Т	Бетон
Начало плавления, с	0,52	0,9	0,8	0,1
Длительность плавления, с	0,68	0,36	0,68	1,4
Унос, мм	10	~0,1	0,3	6
Данные натурных измерений, мм		0,1

Из рис.3.36 и данных таблицы 3.5 следует, что целесообразным является применение более теплопроводных материалов.

Работа материалов конструкций характеризуется следующим. Отражатель из стали нагревается до за , градиент температуры .

Сравним работу материалов (-19, , , бетон) для теплового потока .

Применение теплозащитных покрытий

В случае применения теплозащитных покрытий толщина уносимого слоя может быть подсчитана из условия баланса энергии по приближенной формуле

,

где – допустимая температура металлической конструкции; – эффективная энтальпия покрытия ; – температура разрушения покрытия ( – легкоразрушимое покрытие).

Для покрытия ПКМ-6:

, ,

, .

Для покрытия ТТПС-15:

, , .

Для бетонов:

, .

Расчет потребной толщины теплоизоляции без уноса ее с поверхности можно проводить по осредненным параметрам струи и по формуле, которую предложили в 1966 году Я.М. Шапиро, Г.Ю. Мазинг, Н.Е. Прудников [3]:

,

,

где , , – коэффициент температуропроводности, удельный вес, теплоемкость покрытия соответственно;

где – допустимая температура металла.

⁾ Это следует из условия малости изменения теплового потока в пятне струи в зоне максимального воздействия.

217