Влияние параметра пористости в модели поверхностного разрушения композиционного покрытия
Снижение негативного вклада радиационной составляющей коэффициента теплопроводности. Выбор показателя пористости и подбор размеров пористых ячеек, что обеспечит понижение прогрева композиционного покрытия. Анализ теплопроводности и температурных полей.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 02.05.2019 |
| Размер файла | 114,6 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/
74
Влияние параметра пористости в модели поверхностного разрушения композиционного покрытия
В.А. Дуреев
Постановка проблемы. Наряду с условиями теплового воздействия, прогрев композиционного теплозащитного покрытия (КТЗП) зависит от структуры материала. Выбор параметров пористости, при известной величине тепловых потоков (ТП), позволяет уменьшить негативный вклад передачи тепла излучением в порах или обеспечить приоритетный механизм разрушения КТЗП. Следовательно, разработка модели теплового разрушения КТЗП связана с учетом влияния формы и размеров пор материала на тепловой баланс покрытия.
Таким образом, существует проблема выбора и оценки влияния параметра пористости материала покрытия в модели поверхностного стационарного теплового разрушения КТЗП.
Анализ последних исследований и публикаций. В [1] представлена модель пористого тела, в которой плоские слои твердого и газообразного веществ чередуются между собой и расположены параллельно передаче ТП. Пористая ячейка имеет форму параллелепипеда высотой h. При высоких температурах, стенки пор воспринимают энергию излучения и одновременно испускают её, внося необходимость учета радиационной составляющей теплопроводности. Формула теплопроводности имеет вид:
,
где: - эффективный коэффициент теплопроводности, Вт/мК; S - коэффициенты теплопроводности твердой фазы, Вт/мК; g - коэффициенты теплопроводности газообразной фазы, Вт/мК; П - пористость материала.
В [2] указывается, что при одинаковом П, лR зависит от размера и формы пор. При однократном отражении с поверхности пор, коэффициент радиационной теплопроводности имеет вид:
;
где: - степень черноты; - постоянная Стефана-Больцмана, Вт/м2К4; Т - температура стенки поры, К; h - высота поры, м.
Постановка задачи и ее решение. Для снижения негативного вклада радиационной составляющей коэффициента теплопроводности, необходимо при известной величине тепловых потоков, характерных конкретному случаю теплового воздействия, выбрать показатель пористости и подобрать размеры пористых ячеек, что обеспечит снижение прогрева покрытия.
Используем модель [3] теплового разрушения композиционного ТЗП на стационарном участке разрушения и учтем влияние пор (1), (2). Уравнение сохранения энергии внутри ТЗП имеет вид:
;
;
;
где: Т - текущая температура, К; ж - координата в подвижной системе координат, м; VS - линейная скорость уноса поверхности ТЗП, м/с; Gg - расход газообразных продуктов разрушения, кг/м2с; Q* - объемный сток тепла, обусловленный тепловым эффектом физико-химических превращений, Вт/м3; М - массовая пористость; (с)g - плотность кг/м3 и теплоемкость Дж/кгК газообразной фазы; (с)s - плотность кг/м3 и теплоемкость Дж/кгК твёрдой фазы; СМ - массовая доля смолы; hg - массовая доля газообразных продуктов реакции.
Граничные условия имеют вид:
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; qВД - тепловой эффект вдува образовавшихся газов, Вт/м2; Т0 - начальная температура КТЗП, К.
Отметим, что задача (3 ч 6) записана для стационарного участка поверхностного теплового разрушения КТЗП. Для нестационарного процесса такая формулировка теплового баланса будет приводить к занижению тепловых потоков, идущих вглубь.
На рис. 1 показано графическое решение задачи (3 ч 6), при заданных значениях величины ТП и высоты пор. Материал КТЗП - рефразил [3], величина ТП: І0 = 108, Вт/м2 [1, 3]. Высота пор: h1 = 1,610-4, м; h2 = 1,810-4, м; h3 = 210-4, м [2].
Рисунок 1- Температурное поле в КТЗП с учетом высоты пор
Анализ температурных полей на рис.1 показывает, что при заданном значении ТП, изменение теплопроводности и как следствие увеличение прогрева, соответствует повышению пористости. Причиной этого есть увеличение доли тепла, перенесенного излучением. Стенки пор можно представить в виде экранов, воспринимающих энергию излучения и одновременно испускающих ее. Чем больше таких экранов, тем меньше вклад излучения в общий перенос тепла.
радиационный теплопроводность композиционный покрытие
Выводы
Предложена модель теплового разрушения ТЗП с учетом параметров пористости. Проведена оценка влияния пористости на прогрев ТЗП, показан выбор геометрических размеров пор для снижения прогрева ТЗП при заданных величинах тепловых потоков.
Литература
1. Полежаев Ю. В. Тепловая защита / Ю.В. Полежаев, Ф.Б. Юревич. Под ред. А. В. Лыкова. - М. : Энергия, 1976. - 392 с.
2. Алифанов О. М. Определение коэффициента внутреннего теплообмена и эффективной теплопроводности пористого тела по данным нестационарного эксперимента / О. М. Алифанов, А. П. Тренин / Инженерно-физический журнал - Т. 48. - № 3, 1985.- С. 472 - 483.
3. Дуреев В. А. Модель стационарного поверхностного разрушения композиционного покрытия с учетом коэффициента отражения излучения / Проблемы пожарной безопасности: Сб. научн. тр. Вып. 37. - Х.: НУГЗУ, 2015. - С. 62-65
Аннотация
Проведена оценка влияния параметра пористости на прогрев композиционного теплозащитного покрытия. Предложен способ выбора параметра пористости материала с учетом размера пор.
Ключевые слова: стационарное поверхностное разрушение композиционного теплозащитного покрытия, пористость, параметр пористости.
Проведена оцінка впливу параметру пористості на прогрів композиційного теплозахисного покриття. Наведено спосіб вибору параметру пористості матеріалу с урахуванням розмірів пор.
Ключові слова: стаціонарне поверхневе руйнування композиційного теплозахисного покриття, пористість, параметр пористості.
The estimation of the influence of the porosity on the heating of the composite heat-shielding covering. A method of selecting the porosity of the material with given pore size.
Keywords: stationary surface destruction of composite heat insulation coating, paint-employment, porosity parameter.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Анализ физико-химических свойств теплоизоляционных материалов. Разработка композиционных смесей с минимальным коэффициентом теплопроводности. Влияние пористости вещества на процессы охлаждения. Прессование конструкционных деталей из композиционной смеси.
дипломная работа [3,3 M], добавлен 20.06.2013Содержание закона Фурье. Расчет коэффициентов теплопроводности для металлов, неметаллов, жидкостей. Причины зависимости теплопроводности от влажности материала и направления теплового потока. Определение коэффициента теплопередачи ограждающей конструкции.
контрольная работа [161,2 K], добавлен 22.01.2012Определение коэффициента теплопроводности воздуха при атмосферном давлении и разных температурах по теплоотдаче нагреваемой током нити в цилиндрическом сосуде. Особенности оценки зависимости теплопроводности воздуха от напряжения тока, заданного в цепи.
лабораторная работа [240,1 K], добавлен 11.03.2014Расчет напряженно-деформированного состояния ортотропного покрытия на упругом основании. Распределение напряжений и перемещений в ортотропной полосе на жестком основании. Приближенный расчет напряженного состояния покрытия из композиционного материала.
курсовая работа [3,3 M], добавлен 13.12.2016Основной закон теплопроводности. Теплоносители как тела, участвующие в теплообмене. Дифференциальное уравнение теплопроводности. Лучеиспускание как процесс переноса энергии в виде электромагнитных волн. Сущность теплопроводности цилиндрической стенки.
презентация [193,0 K], добавлен 29.09.2013Постановка нестационарной краевой задачи теплопроводности в системе с прошивной оправкой. Алгоритм решения уравнений теплообмена. Методы оценки термонапряженного состояния. Расчет температурных полей и полей напряжений в оправке при циклическом режиме.
реферат [4,0 M], добавлен 27.05.2010Дифференциальное уравнение теплопроводности. Поток тепла через элементарный объем. Условия постановка краевой задачи. Методы решения задач теплопроводности. Численные методы решения уравнения теплопроводности. Расчет температурного поля пластины.
дипломная работа [353,5 K], добавлен 22.04.2011Рассмотрение теории нелинейной теплопроводности: основные свойства, распространение тепловых возмущений в нелинейных средах и их пространственная локализация. Задача нелинейной теплопроводности с объемным поглощением и пример ее решения на полупрямой.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 07.05.2011Величина 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 22.01.2012Основные положения теории теплопроводности. Дерево проблем и целей. Математическая модель, прямая и обратная задача теплопроводности. Выявление вредных факторов при работе за компьютером, расчет заземления. Расчет себестоимости программного продукта.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 04.03.2013Уравнение теплопроводности: физический смысл и выводы на примере линейного случая. Постановка краевой задачи остывания нагретых тел, коэффициент теплопроводности. Схема метода разделения переменных Фурье применительно к уравнению теплопроводности.
курсовая работа [245,8 K], добавлен 25.11.2011Исходные соотношения теории теплопроводности и термоупругости тонких изотропных оболочек. Применение двумерного интегрального преобразования Фурье к исходным соотношениям. Сведение задачи теплопроводности к системам сингулярных интегральных уравнений.
дипломная работа [405,8 K], добавлен 11.06.2013Коэффициент теплопроводности металлов и его зависимость от параметров состояния вещества. Главные особенности калориметрического метода. Методические рекомендации к выполнению лабораторной работы "Определение коэффициента теплопроводности металлов".
курсовая работа [79,4 K], добавлен 05.07.2012Изучение явления поверхностного натяжения и методика его определения. Особенности определения коэффициента поверхностного натяжения с помощью торсионных весов. Расчет коэффициента поверхностного натяжения воды и влияние примесей на его показатель.
презентация [1,5 M], добавлен 01.04.2016Математическое моделирование тепловых процессов. Основные виды теплообмена в природе. Применение метода конечно разностной аппроксимации для решения уравнения теплопроводности. Анализ изменения температуры по ширине пластины в выбранные моменты времени.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 22.05.2019Математическая зависимость, связывающая физические параметры, характеризующие явление теплопроводности внутри объема. Феноменологический и статистический методы исследования процессов тепло- и массообмена. Модель сплошной среды, температурное поле.
презентация [559,8 K], добавлен 15.03.2014Изучение основного закона и физического смысла теплопроводности. Исследование теплопроводности жидкости, основанной на вычислении кинетических коэффициентов средствами статистической физики или использовании теплового движения и механизмов переноса.
курсовая работа [64,6 K], добавлен 01.12.2010Явление передачи внутренней энергии от одного тела к другому, от одной его части к другой. Теплопроводность через однослойную, многослойную и цилиндрическую стенки. Определение параметров теплопроводности в законе Фурье. Примеры теплопроводности в жизни.
презентация [416,0 K], добавлен 14.11.2015Конвективный теплообмен при вынужденном продольном обтекании плоской поверхности. Теплообмен излучением между газом и твердой поверхностью. Процессы прогрева или охлаждения тел. Процесс нестационарной теплопроводности. Толщина теплового пограничного слоя.
реферат [964,3 K], добавлен 26.11.2012Исследование свойств теплопроводности как физического процесса переноса тепловой энергии структурными частицами вещества в процесс их теплового движения. Общая характеристика основных видов переноса тепла. Расчет теплопроводности через плоскую стенку.
реферат [19,8 K], добавлен 24.01.2012
