Определение теплового состояния теплозащитных покрытий с помощью модели разрушения в высокоинтенсивных тепловых потоках
Рассмотрены процессы, протекающие в теплозащитных покрытиях при тепловом механизме разрушения, с поверхностным уносом массы. Представлена модель определения теплового состояния теплозащиты с учетом изменений материала на стационарном режиме разрушения.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 26.01.2020 |
| Размер файла | 28,0 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/
Определение теплового состояния теплозащитных покрытий с помощью модели разрушения в высокоинтенсивных тепловых потоках
В.А. Дуреев, к.т.н., старший преподаватель УГЗУ
А.Н. Литвяк, к.т.н., доцент УГЗУ
М.Н. Мурин, старший преподаватель УГЗУ
Рассмотрены процессы, протекающие в теплозащитных покрытиях при тепловом механизме разрушения, с поверхностным уносом массы. Представлена модель определения теплового состояния теплозащиты с учетом физико-химических изменений материала на стационарном режиме разрушения
Необходимость в тепловой защите возникает в тех случаях, когда незащищенный конструктивный элемент под действием тепловых потоков (ТП) неминуемо должен разрушиться. В качестве защиты таких элементов от тепловых потоков предлагается использовать теплозащитные материалы. В зависимости от конкретных условий, могут быть реализованы различные методы тепловой защиты с использованием разрушающихся и неразрушающихся теплозащитных покрытий (ТЗП) [1, 2]. Большинство ТЗП являются композиционными. 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.
Аналитическое определение теплового состояния защитного покрытия позволяет отразить влияние различных факторов, оценить их значимость, выделить главные из них. Опишем основные этапы теплового разрушения ТЗП (рисунок 1).
При повышении температуры ТЗП до 400єК, происходит дегидратация ТЗП - выделение адсорбционной влаги. При дальнейшем повышении температуры до величины Т 600єК, на поверхности и в прилегающем объеме материала начинается термическая деструкция связующего.
Прогрев материала, обусловленный теплопроводностью, приводит к пиролизу связующего и сопровождается выделением большого количества газов. Образующиеся под поверхностью газы выходят наружу через поры и трещины, способствуя охлаждению разрушающегося каркаса-наполнителя.
При достижении температуры плавления, на поверхности материала может образоваться пленка расплава, которая в зависимости от условий воздействия тепла, может быть значительной. Из-за пленки расплава, передача тепла в более глубокие слои материала замедляется. Это связано с тем, что расплав является дополнительной прослойкой, а также тем, что расплав обладает большим коэффициентом отражения, чем исходный материал.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 1. Модель разрушения ТЗП:
1- облако продуктов разрушения; 2 - пленка расплава;
3 - прококсованный слой; 4 - зона деструкции; 5 - исходное ТЗП
теплозащитный покрытие разрушение
При дальнейшем нагреве поверхности, начинается испарение материала, которое в некоторых случаях может являться определяющим механизмом разрушения. В случае продвижения фронта испарения вглубь материала, разрушение затрагивает все новые слои и описанная картина разрушения повторяется [1].
Из представленной модели разрушения ТЗП видно, что поступающий на поверхность материала ТП расхо -дуется на разрушение материала, излучение с нагретой поверхности и частично блокируется тепловым эффектом вдува, связанным с отводом тепла набегающим потоком газов и поглощением в парах испаряющегося ТЗП.
Рассмотрим данную модель в линейной постановке, полагая, что процесс теплового воздействия принял стационарный вид [1, 2]. 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 [3]:
, (1)
где: Т - текущая температура, [К]; - время разрушения материала, [с]; z - координата, [м]; а - температуропроводность ТЗП [м2/с].
Введем в (1) подвижную систему координат с координатой (м), перемещающуюся вглубь ТЗП со скоростью разрушения VS:
; ; (2)
Учтем в уравнении (1) наличие внутренних физико-химических превращений. В этом случае появляется дополнительный конвективный член, , физически соответствующий переносу тепла за счет поступления в данный элементарный объем единичной массы твердого вещества со скоростью, равной скорости разрушения VS [2]. Аналогично, фильтрующиеся через пористый каркас газообразные продукты разложения должны поглощать количество тепла, пропорциональное , тем самым появляется дополнительный конвективный член. Также появится объемный сток тепла Q* [Вт/м3], обусловленный тепловым эффектом физико-химических превращений. Суммируя перечисленное выше, учитывая преобразования (2) получим уравнение сохранения энергии внутри разрушающегося ТЗП:
, (3)
где: - эквивалентный коэффициент теплопроводности ТЗП, [Вт/мК]; - эквивалентные плотность [кг/м3] и теплоемкость [Дж/кгК] ТЗП; сg - эквивалентная теплоемкость газообразных продуктов разрушения, [Дж/кгК]; Gg - расход газа, выделившегося при физико-химических превращениях, [кг/м2с].
Уравнение (3) является основным в математической модели разрушения ТЗП под действием интенсивных тепловых потоков, в условиях, когда основным механизмом разрушения защитного материала является поверхностный унос.
ЛИТЕРАТУРА
1. Полежаев Ю. В., Юревич Ф. Б. Тепловая защита/ Под ред. А. В. Лыкова. - М. : Энергия. - 1976. - 392 с.
2. Сендерович Р. Б., Первушин Ю. С. К определению теплофизических характеристик композиционных полимерных материалов// Инженерно-физический журнал. - 1985. - Т. 49. - № 6. - С. 982- 988.
3. Лыков А.В. Тепломассообмен. - М.: Энергия, 1972.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Рассмотрение целей и задач материаловедения. Кавитация как образование в жидкости полостей, заполненных паром. Особенности определения параметров, влияющих на процессы диспергирования и кавитационного разрушения. Виды эрозионного разрушения материалов.
реферат [75,8 K], добавлен 05.12.2012Создание метода определения параметров линейной механики разрушения на основе измерения деформационного отклика с помощью электронной спектр-интерферометрии. Параметры механики разрушений для трещин, распространяющихся в поле остаточных напряжений.
контрольная работа [811,2 K], добавлен 03.09.2014Исследование разрушения соединительных болтов, верхнего и нижнего поясов подъемного крана. Определение силовых факторов в стреле крана. Проверка прочности и устойчивости верхнего пояса. Расчетное обоснование разрушения болтов фланцевого соединения.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 06.01.2014Основные виды коррозионно-механического разрушения трубопроводов, механизмы абразивной эрозии и способы защиты металла от разрушения абразивными частицами. Принципы получения экспериментальных данных для создания и корректировки моделей абразивной эрозии.
дипломная работа [977,4 K], добавлен 25.02.2016Природа изменения физико-химических характеристик металлов под нагрузкой. Появление и развитие трещин при работе металлических конструкций. Энергетическая модель разрушения по Гриффитсу. Основные методы оценки поверхностей разрушения по микропризнакам.
контрольная работа [633,7 K], добавлен 07.12.2011Определение и виды лакокрасочных покрытий. Методы их нанесения. Основные свойства лакокрасочных покрытий. Их промежуточная обработка. Защита материалов от разрушения и декоративная отделка поверхности как основное назначение лакокрасочных покрытий.
контрольная работа [172,4 K], добавлен 21.02.2010Трещина в конструкции. Коэффициент концентрации напряжений. Критерий Гриффитса. Скорость высвобождения упругой энергии. Напряжения при наличии трещин в материале. Проведение испытания образцов. Энергий разрушения. Определение удельной энергии разрушения.
отчет по практике [583,0 K], добавлен 17.11.2015Особенности влияния охлаждающего микроклимата на организм человека. Расчет теплового сопротивления и толщины пакета материалов одежды в комплекте с пальто. Зависимость теплового сопротивления одежды от свойств материалов и конструкции швейных изделий.
курсовая работа [159,2 K], добавлен 02.03.2014Экспериментальное исследование поведения металлокерамических композитов Al2O3 с добавлением Mg-PSZ и TiO2. Их микроструктура и фазовый состав. Численное исследование процессов деформации и разрушения на мезоуровне в металлокерамических композитах.
реферат [1,7 M], добавлен 26.12.2011Условие текучести и ассоциированный закон пластического течения ортотропного материала. Плоское напряженное и деформированное состояние анизотропного материала, математические и феноменологические модели его упрочнения. Основные критерии разрушения.
курсовая работа [113,4 K], добавлен 20.07.2014Кинетика вулканизации резины. Особенности вулканизации смесей на основе комбинации каучуков CКД-CКН-40 обычными серными вулканизующими системами. Механизм разрушения полимера. Особенности разрушения полимеров в различных физических и фазовых состояниях.
отчет по практике [352,6 K], добавлен 06.04.2015Срок службы промышленного оборудования определяется износом деталей, изменением размеров, формы, массы или состояния их поверхностей вследствие изнашивания, т. е. остаточной деформации от действующих нагрузок, из-за разрушения верхнего слоя при трении.
реферат [103,0 K], добавлен 07.07.2008Структура водонефтяной эмульсии. Методы разрушения нефтяных эмульсий, их сущностная характеристика. Промышленный метод обезвоживания и обессоливания нефти. Технические характеристики шарового и горизонтального электродегидраторов. Деэмульгаторы, их виды.
презентация [2,8 M], добавлен 26.06.2014Понятие, классификация и механизм проявления деформации материалов. Современные представления про теорию разрушения материалов. Факторы, которые влияют на деформацию. Упругопластические деформации металлов и их износ. Особенности разрушения металлов.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 08.12.2010Коэффициенты теплопроводности твердых тел, жидкостей и газов. Нестационарные процессы теплопроводности, охлаждение (нагревание) неограниченной пластины. Способ определения теплопроводности жидкой тепловой изоляции при нестационарном тепловом режиме.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 20.03.2017Внедрение цилиндрического пуансона с шаровым концом в пластическое полупространство при наличии сил трения. Дислокационные модели разрушения. Процесс внедрения пуансона с трапециевидным сечением в пластическое полупространство при наличии сил трения.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 19.01.2014Факторы измерения твердости, дающие возможность без разрушения изделия получить информацию о свойствах. Разрушающие методы контроля твёрдости. Схема метода ремонтных размеров. Восстановление валов плазменно-дуговой металлизацией. Гальванические покрытия.
презентация [1,4 M], добавлен 02.05.2015Почвенная коррозия - разрушение металла под воздействием агрессивной почвенной среды, ее механизм. Защита газопроводов от коррозии: пассивная и активная. Определение состояния изоляции подземных трубопроводов. Расчет количества сквозных повреждений.
реферат [1,5 M], добавлен 04.04.2015Определение поверхности теплообмена и конечных температур рабочих жидкостей. Расчетные уравнения теплообмена при стационарном режиме - уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса. Расчёт кожухотрубчатого и пластинчатого теплообменных аппаратов.
курсовая работа [5,2 M], добавлен 03.01.2011Сущность ультразвуковой сварки. Характеристика механической колебательной системы. Прочность точечных и шовных сварных соединений. Влияние на сварку формы и материала сварочного наконечника. Физико-химический механизм разрушения обрабатываемого материала.
контрольная работа [1,4 M], добавлен 03.07.2013
