Определение теплового состояния покрытий с использованием модели высокоинтенсивного разрушения
Модель теплового разрушения. Определение теплового состояния теплозащиты с учетом физико-химических изменений в глубине и на поверхности покрытия. Процессы, проходящие в ТЗП при нагреве. Излучение нагретой поверхности. Интенсивность распространения тепла.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 26.01.2020 |
| Размер файла | 97,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Определение теплового состояния покрытий с использованием модели высокоинтенсивного разрушения
В.А. Дуреев, канд. техн. наук, ст. преподаватель УГЗУ
А.Н. Литвяк канд. техн. наук, доцент, УГЗУ
А.А. Савченко, курсант УГЗУ
Постановка проблемы. Необходимость в тепловой защите возникает в тех случаях, когда незащищенный конструктивный элемент под действием тепловых потоков неминуемо должен разрушиться. В качестве защиты таких элементов от тепловых потоков предлагается использовать теплозащитные материалы.
Анализ последних исследований и публикаций. Разработке моделей прогрева и теплового разрушения защитных покрытий посвящено множество работ [1 ч 5]. В зависимости от конкретных условий, и принятых в моделях допущений, могут быть реализованы различные методы тепловой защиты с использованием разрушающихся теплозащитных покрытий (ТЗП). Процессы, проходящие в ТЗП при нагреве, связаны с рядом физико-химических превращений отдельных составляющих материала и носят сложный характер, что требует всестороннего рассмотрения и анализа [2, 3, 5].
Постановка задачи и ее решение. Определение теплового состояния ТЗП должно быть произведено с учетом процессов, протекающих при их нагреве и дальнейшем разрушении. Оценка этих процессов, проведенная в [2, 5] позволяет поставить задачу теплового разрушения ТЗП на стационарном участке, в следующем виде. При постоянных теплофизических свойствах, отсутствии физико-химических превращений в толще материала и на его поверхности, температурное поле в ТЗП описывается с помощью классического уравнения теплопроводности [6]:
, (1)
где: Т - текущая температура, К; - длительность воздействия теплового потока, с; z - координата, м; а - коэффициент температуропроводности ТЗП, м2/с.
Выполним переход к подвижной системе координат [1, 2]:
, , , (2)
где: - координата в подвижной системе координат, м.
Тогда, при всех ф ? 0, значение о = 0 соответствует поверхности разрушения.
В соответствии с принятой моделью разрушения ТЗП [4], подведенный тепловой поток (ТП) расходуется на излучение нагретой поверхности, прохождение через пары разрушающегося ТЗП, поверхностные и объемные физико-химические превращения. Интенсивность распространения тепла снижается за счет вдува газообразных продуктов разрушения в пограничный слой.
С учетом сказанного, уравнение сохранения энергии (1) внутри разрушающегося ТЗП примет вид:
, (3)
где: - коэффициент теплопроводности ТЗП, Вт/мК; (сс) - эквивалентные плотность, кг/м3 и теплоемкость, Дж/кгК покрытия; VS - линейная скорость уноса поверхности ТЗП, м/с; сg - теплоемкость газообразных продуктов разрушения, Дж/кгК; Gg - расход газообразных продуктов разрушения, кг/м2с; Q* - объемный сток тепла, обусловленный тепловым эффектом физико-химических превращений, Вт/м3.
Граничные условия запишем в виде:
(4)
где: А - поглощательная способность поверхности; І0 - плотность ТП, Вт/м2; кЭ - коэффициент поглощения ТП в парах; Г - параметр газификации; Н - скрытая теплота разрушения ТЗП, Дж/кг; - степень черноты; - постоянная Стефана-Больцмана, Вт/м2К4; qВД - тепловой эффект вдува образовавшихся газов, Вт/м2; Т0 - начальная температура ТЗП, К.
Задача (3, 4) поставлена при допущении о квазистационарности процесса разрушения [2]. Для нестационарного процесса такая формулировка теплового баланса будет приводить к занижению тепловых потоков, идущих вглубь покрытия. Решение задачи (3, 4) с использованием математического пакета MAPLE, имеет вид:
, (5)
; ;
; .
На рис. 1 показано сравнение теплового состояния ТЗП, рассчитанного по (5) и методикам, предложенным в [1, 2], при условии равенства скоростей уноса VS. В качестве материала покрытия использовался рефразил [1, 3], величина теплового потока І0 = 108, Вт/м2 [2, 5].
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Анализ температурных полей на рис.1 показывает, что при комплексном учете процессов физико-химических превращений, протекающих на поверхности и в глубине ТЗП, расчетная глубина прогрева (кривая 3) снижается на 10ч15 %, по сравнению с теми методиками, где эти процессы не учитывались (кривые 1, 2).
В методике [1], (кривая 1), не учитывались тепловые эффекты разложения ТЗП и перенос тепла, за счет образовавшихся газов. Фильтрующиеся через пористый каркас газообразные продукты разложения, определяемые с учетом параметра газификации Г, поглощают количество тепла, пропорциональное , что учтено в задаче (3, 4) дополнительным конвективным членом. Кроме того, тепловой эффект физико-химических превращений обусловливает объемный сток тепла Q*, а интенсивность распространения тепла снижается за счет вдува газообразных продуктов разрушения qВД в пограничный слой.
В методике [2], (кривая 2), не учитываются потери ТП при прохождение через пары разрушающегося ТЗП, поглощательная способность поверхности материала А, излучение тепла нагретой поверхностью, .
Предложена модель теплового разрушения ТЗП при высокоинтенсивных тепловых потоках. Определено тепловое состояние ТЗП, при комплексном учете физико-химических превращений, протекающих на поверхности и в глубине ТЗП, в условиях стационарного теплового разрушения.
Литература
тепловой разрушение покрытие нагрев
1. Орлов Б.В., Мазинг Г.Ю. Термодинамические и баллистические основы проектирования ракетных двигателей на твердом топливе. - М.: Машиностроение, 1968. -536 с.
2. Полежаев Ю.В., Юревич Ф.Б. Тепловая защита/ Под ред. А.В. Лыкова. - М.: Энергия. - 1976. - 392 с.
3. Сендерович Р.Б., Первушин Ю.С. К определению теплофизических характеристик композиционных материалов// Инженерно-физический журнал. -1985. -№ 6. -С. 982-988.
4. Дуреев В.А., Мурин М.Н., Азимов Н.Н., Савченко А.А. Модель разрушения теплозащитных покрытий при воздействии высокоинтенсивных тепловых потоков // Проблеми пожежної безеки. Зб. наук пр. УЦЗ України Вип. 21. - Харків: УЦЗУ. - 2007. - С. 88-92.
5. Полежаев Ю.В., Фролов Г.А. Закономерность установления квазистационарного режима разрушения при одностороннем нагреве материала// ИФЖ. -1989. -№ 4.-С. 533-539.
6. Лыков А.В. Тепломассообмен. - М.: Энергия, 1972.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Определение теплопродукции и радиационно-конвективной теплопотери. Расчет теплового потока со всей поверхности тела человека. Топография плотности теплового потока при ходьбе человека в состоянии комфорта. Затраты тепла на нагревание вдыхаемого воздуха.
презентация [350,7 K], добавлен 31.10.2013Расчет теплового режима блока в герметичном корпусе с внутренним перемешиванием. Средняя скорость перемешивания воздуха в блоке. Коэффициенты, зависящие от атмосферного давления окружающей среды. Определение перегрева нагретой зоны и удельной мощности.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 26.02.2015Количественная характеристика интенсивности теплового излучения. Понятие спектральной поглощательной способности. Законы теплового излучения, используемые для измерения температуры раскаленных тел. Радиационная, цветовая и яркостная температура.
реферат [482,4 K], добавлен 19.04.2013Разделение теплопереноса на теплопроводность, конвекцию и излучение. Суммарный коэффициент теплоотдачи. Определение лучистого теплового потока. Теплопередача через плоскую стенку. Типы теплообменных аппаратов. Уравнение теплового баланса и теплопередачи.
реферат [951,0 K], добавлен 27.01.2012Залежність коефіцієнт теплового розширення води та скла від температури. Обчислення температурного коефіцієнту об'ємного розширення води з врахуванням розширення скла. Чому при нагріванні тіла розширюються. Особливості теплового розширення води.
лабораторная работа [278,4 K], добавлен 20.09.2008Внутренняя энергия нагретого тела. Источники теплового излучения. Суммарное излучение с поверхности тела. Интегральный лучистый поток. Коэффициент излучения абсолютно черного тела. Степень черноты полного нормального излучения для различных материалов.
реферат [14,7 K], добавлен 26.01.2012Эффективное излучение, радиационный и тепловой баланс земной поверхности. Закономерности распространения тепла вглубь почвы. Пожарная опасность леса. Расчет температуры поверхности различных фоновых образований на основе радиационного баланса Земли.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 01.03.2013Расчет температур поверхности кожуха аппарата прямоугольной формы; нагретой зоны герметичного блока; аппарата с внутренней принудительной циркуляцией воздуха; теплового режима аппаратов кассетной конструкции групп А и Б и с принудительной вентиляцией.
практическая работа [223,8 K], добавлен 06.08.2013Классификация и модели тепловой дефектоскопии. Модель активного теплового контроля пассивных дефектов. Оптическая пирометрия. Приборы теплового контроля. Схемы яркостного визуального пирометра с исчезающей нитью. Пирометр спектральных отношений.
реферат [1,9 M], добавлен 15.01.2009Особенности конструкции разработанной фритюрницы для приготовления картофеля фри. Расчет полезно используемого тепла. Определение потерь тепла в окружающую среду. Конструирование и расчет электронагревателей. Расход тепла на нестационарном режиме.
курсовая работа [358,0 K], добавлен 16.05.2014Величина коэффициента и единица измерения теплопроводности. Расчет теплоотдачи у наружной поверхности ограждения. Сущность теплового излучения. Удельная теплоёмкость материала, её зависимость от влажности. Связь теплопроводности и плотности материала.
контрольная работа [35,3 K], добавлен 22.01.2012Сущность и дифференциальные уравнения конвективного теплообмена. Критерии теплового подобия. Определение коэффициента теплоотдачи. Теплопередача при изменении агрегатного состояния теплоносителей (кипении и конденсации). Расчет ленточного конвейера.
курсовая работа [267,9 K], добавлен 31.10.2013Выполнение гидравлического вычисления системы теплоснабжения от центрального теплового пункта. Типовой расчет горячего водоснабжения. Определение коэффициена теплоотдачи в межтрубном пространстве и среднего температурного напора в теплообменнике.
курсовая работа [859,3 K], добавлен 15.02.2014Изучение кинетики тепловых процессов в резервуарах типа РВС для хранения нефти и нефтепродуктов. Расчет и построение физико-математической модели по оценке теплового состояния резервуара РВС с учетом солнечной радиации, испарений и теплообмена с грунтом.
реферат [196,1 K], добавлен 25.09.2011Основное назначение парогенератора ПГВ-1000, особенности теплового расчета поверхности нагрева. Способы определения коэффициента теплоотдачи от стенки трубы к рабочему телу. Этапы расчета коллектора подвода теплоносителя к трубам поверхности нагрева.
курсовая работа [183,2 K], добавлен 10.11.2012Расчет тепловой нагрузки и теплового баланса аппарата. Определение температурного напора. Приближенная оценка коэффициентов теплоотдачи, теплопередачи и поверхности нагрева. Выбор кожухотрубчатого и пластинчатого теплообменника из стандартного ряда.
курсовая работа [668,6 K], добавлен 28.04.2015Определение мощности теплового потока при конвективной теплопередаче через трубу заданного диаметра. Расход пара на обогрев воды в пароводяном теплообменнике, превращение пара в конденсат. Изменение температуры теплоносителей вдоль поверхности нагрева.
контрольная работа [308,7 K], добавлен 13.05.2015Общее содержание компонентов в доменной шихте, их характеристика и направления анализа. Составление уравнения по выходу чугуна, баланса основности и теплового. Определение состава жидких продуктов плавки. Составление материального и теплового баланса.
курсовая работа [250,5 K], добавлен 06.02.2014Расчет колпаковой печи: теплообмена под муфелем при нагреве, температурного поля в рулоне, определение числа печей в отделении, составление теплового баланса. Подбор и расчет оборудования для термической обработки продукции стана холодной прокатки.
курсовая работа [68,2 K], добавлен 06.12.2012Изучение теоретической базы составления материального и теплового баланса парового котла теплоэлектростанции. Определение рабочей массы и теплоты сгорания топлива. Расчет количества воздуха, необходимого для полного горения. Выбор общей схемы котла.
курсовая работа [157,8 K], добавлен 07.03.2014
