當邊界層內溫度很高時，在流體中各成分之間以及流體與它所流經界面的材料（包括由界面材料引射出來的物質）之間會發生化學反應，這種有化學反應的邊界層，稱為化學反應邊界層。
基本介紹
- 中文名：化學反應邊界層
- 外文名：chemical reactionboundary layer
- 特徵：邊界層內溫度很高
- 現象：化學反應
- 目的：解決高速飛行器的熱防護問題
定義,研究意義,參考書目,
定義
當邊界層內溫度很高時，在流體中各成分之間以及流體與它所流經界面的材料（包括由界面材料引射出來的物質）之間會發生化學反應，這種有化學反應的邊界層，稱為化學反應邊界層。在化學反應過程中，常伴有強烈的放熱、吸熱效應和流體和成分的質量、能量的擴散和遷移，而且流體的熱力學性質（如比熱）和輸運性質（如粘性）也會發生變化。因此，化學反應邊界層的流動規律除應滿足動量、能量和總質量守恆原理外，還應滿足流體各成分的質量守恆原理。當有電離反應時還應滿足流體中的電荷守恆原理。 在有化學反應的流動中， 流體各成分濃度的變化率和化學反應速率有密切關係。當邊界層流動特徵速度遠小於化學反應速率時，可作為平衡流邊界層的近似，此時流體各成分的濃度只取決於當地物理狀態（如溫度、壓力），而與化學反應過程無關。當邊界層流動特徵速度遠大於化學反應速率時，可作為凍結流邊界層的近似，此時流體成分可視為不變的。介於上述兩種情況之間為非平衡流動邊界層，此時應計及化學反應過程。對於這類問題，除使用流體動力學方程外，還要用到相應的化學動力學關係式，如各成分的化學反應生成率表達式和各種化學反應速率常數等。
研究意義
它是高溫氣體動力學中的一個重要研究課題。它對於解決高速飛行器的熱防護問題和一般工業中的有關問題都有重要意義。以鈍頭物體的高超聲速繞流為例，在有化學反應的邊界層流動中，由擴散（包括組元成分的濃度擴散、壓力擴散、熱擴散）傳遞的熱量不可忽略，甚至比熱傳導的熱量更大。在鈍體高超聲速繞流的問題中(如在洲際飛彈再入飛行條件下)，考慮有化學反應的層流駐點熱流可達到比不考慮反應時大兩倍以上。另外，由於熱流量的改變以及在壁面上可能出現的多相反應（即氣－固或液－固，或三者之間的反應），將對壁面燒蝕率有顯著影響。在高溫條件下出現電離反應時，還會在高超聲速飛行器周圍形成熾熱的電漿鞘（見激波層），此時研究其電磁特性有重要意義。此外，在各種高溫氣體流動設備的設計中，也須計算有化學反應的高溫氣體邊界層的各種參數。同時，在一般化學工業和冶金工業中，也要用化學反應邊界層的知識。
參考書目
W.H.多蘭斯著，張仲寅譯：《高超音速粘流》，國防工業出版社，北京，1966。（W.H. Dorrence， Viscous Hypersonic Flow， McGraw-Hill， New York， 1962.）
維塞特、小克魯格著，《物理氣體動力學引論》翻譯組譯：《物理氣體動力學引論》，科學出版社，北京，1978。（W.G. Vincenti and G.H. Kruger， Jr.， Introduction to Physical Gas Dynamics， John Wiley & Soas， New York， 1965.）
