[发明专利]多组分防热材料多反应机制控制下的烧蚀速率确定方法

摘要

多组分防热材料多反应机制控制下的烧蚀速率确定方法，提出了两种或两种以上组分组成的防热材料在动力学氧化反应、平衡氧化反应、升华反应及其他化学反应等多反应机制共同控制下的烧蚀速率通用化确定方法。该方法对任意材料组成成分、任意来流气体组分均适用，具有数值计算量小、分析效率高、研究成本低的特点，可成为材料防热性能评估及防热层厚度设计的可靠工具。

主权项

多组分防热材料多反应机制控制下的烧蚀速率确定方法，其特征在于包括以下步骤：(1)根据多组分防热材料的组成成分X1,X2,…,Xk和来流气体成分，采用化学热力学基本原理确定材料表面可能出现的化学反应K1,K2,…,Kj及可能产生的烧蚀气体产物组成X1,X2,…,Xi；(2)分别假设多组分防热材料由X1,X2,…,Xk中的一种成分组成，计算在当前温度、压力及来流气体成分条件下各个组分的热化学平衡烧蚀质量损失速率vck；以及根据材料表面可能出现的化学反应Kj，计算在当前温度、压力及来流气体成分条件下各个组分的动力学烧蚀质量损失速率vjk；(3)分别针对防热材料的每个组分，确定vck和vjk的大小关系：若vck≥vjk，则认为该组分的烧蚀速率受反应动力学过程控制；反之，则认为该组分的烧蚀速率受热化学平衡条件控制；(4)根据多组分防热材料的组成成分，建立受反应动力学过程控制的组分的反应产物质量守恒方程，建立受热化学平衡条件控制的组分的化学平衡方程；(5)根据材料组分数量、受反应动力学过程控制的组分数量、气体产物组成数量及方程组封闭条件，略去被重复考虑的化学反应的化学平衡方程；(6)联立求解气动加热环境下材料烧蚀表面的元素质量守恒方程、受反应动力学过程控制的反应产物质量守恒方程、受热化学平衡条件控制的化学平衡方程、气体总压方程和面积因子方程，得到材料的无因次质量烧蚀速率；(7)根据无因次质量烧蚀速率，结合气体边界层传热传质近似比拟关系，采用来流冷壁热流、恢复焓换算当前温度、压力及来流气体成分条件下的材料烧蚀速率。