Естественная конвекция.

Под естественной конвекцией понимается возбуждение конвективного движения жидкости под действием сил плавучести, когда сила тяжести перестает уравновешиваться избыточным давлением, создаваемым слоями жидкости. В этом случае в жидкости появляются и нарастают беспорядочные флуктуационные движения, которые, развиваясь, приводят к перемешиванию жидкости и установлению в ней определенного распределения температуры. Нарушение устойчивости движения жидкости, как правило, происходит только в том случае, если более холодные слои жидкости находятся выше более нагретых слоев, т. е. если нагрев происходит снизу [148]. Другими словами, необходимым условием развития естественной конвекции в жидкости является наличие противоположно направленных внешнего потока теплоты и ускорения свободного падения.

Для материалов, подвергнутых воздействию КПП (в случае горизонтально направленного плазменного потока, как показано на рис. 3.8), роль силы тяжести может играть сила внешнего давления, оказываемого непосредственно плазменным потоком на расплавленный слой. Тогда ускорение, приобретаемое слоями расплава, направлено от его поверхности в глубину. Ввиду того, что передача тепловой энергии от плазменного потока поверхностному слою титана осуществляется через ударно-сжатый слой в результате теплопроводности [98, 113], то максимальная температура расплава достигается непосредственно на его поверхности. Следовательно, в приповерхностных слоях титана, подвергнутого воздействию КПП, векторы внешнего теплового потока и ускорения расплава, обеспеченного внешней силой давления, являются сонаправленными, что исключает возможность развития в них естественной конвекции.

Более того, количественно вероятность возбуждения естественной конвекции может быть оценена с помощью характер-

ного числа Рэлея Ra [148], в котором ускорение свободного падения g заменено ускорением расплава, вызванным давлением плазменного потока, а:

где р - плотность расплава; р - термический коэффициент расширения; а - ускорение расплава; VT - градиент температуры; h - характерная глубина расплава, в которой развивается неустойчивость; v - кинематическая вязкость расплава; х - температуропроводность расплава.

Характерные числа Рэлея Ra для расплавов исследуемых систем, подвергнутых воздействию КПП, составляют ~ 10_|. Однако, согласно [149], перемешивание двух слоев жидкости может возникнуть в случае, когда число Ra > 103. Таким образом, баланс ускоряющей и диссипативной сил в расплаве титана после воздействия КПП при Q = 13-35 Дж/см2 недостаточен для его перемешивания.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >