Виды теплопереноса

Функциональные материалы

Они предназначены для выполнения тех или иных специальных задач ТеЗ.

-теплоизоляционные (ТИМ). Теплоизоляторы типа тугоплавких карбидов, нитридов, боридов и т.п. используются для нанесения тонких термоизоляционных покрытий (ТИП) на защищаемую поверхность. Обладают достаточно высокой плотностью, как металлы, хрупкостью, температурой плавления; низкой теплопроводностью и стойкостью к тепловым ударам.

-абляторы (включая КМ) .Аблирующие материалы – собирательный образ, охватывающий различные случаи термической диструкции материала, сопровождающейся газовыделением , и его уноса. Делятся на покрытия с внешним и внутренним уносом. Включают обширную номенклатуру искусственно создаваемых материалов. Один и тот же материал в разных условиях работы может выполнять разные функции, в том числе и несущие.

Группа А. Материалы, которые используются внутри камеры до сопловых блоков:

- полимерные композиты (ПКМ) с органическими связующими и наполнителями;

- ПКМ с органической связкой и наполнителями в виде окислов металлов;

-пластики;

-резиноподобные материалы.

К – кокосовое число, характеризующее степень газификации композита.

Группа Б. Основа защиты сопловых блоков. Материалы с минимальным уносом:

- ПКМ;

- углерод-углеродные композиты (УУКМ);

- углерод-углеродные керамические материалы (УУККМ);

-графиты, силицированные графиты;

-специальные материалы (W,Mo).

- дополнительные(вспомогательные)

Лекция 3

Взаимодействие сред и механизмы теплозащиты

Взаимодействие – это многофакторное явление. Взаимодействующие объекты частично теряют свои индивидуальные свойства и приобретают новые. Следствием взаимодействия является теплоперенос.

Теплопроводность (кондукция) — перенос теплоты при непосредственном соприкосновении тел или их частей с различной температурой. Такой перенос — результат теплового движения микрочастиц вещества (молекул, атомов, электронов), он характерен для твердых тел, а также газов и жидкостей, в которых отсутствует видимый перенос массы.

Конвекция — перенос теплоты за счет перемещения в пространстве массы газообразного, жидкого и сыпучего веществ.

Тепловое излучение (радиация) — перенос теплоты от одних тел к другим электромагнитными волнами. В этом процессе внутренняя энергия тела превращается в энергию электромагнитного поля, поглощаемую другим телом и выделяемую в виде теплоты.

1. Гомогенная(агрегатно-однородная) среда – бесконечная среда, характеризующаяся двумя основными видами переноса:

а) Кондуктивный ( по гипотезе Фурье): - среда неподвижна,

– коэффициент теплопроводности среды (теплофизическая характеристика),

б) Конвективный - в движущейся среде

2. Гетерогенная среда – агрегатно-неоднородные объекты, приведенные в контактное взаимодействие, с различной температурой

а) Конвективно-кондуктивный обмен по Ньютону-Рихману ,

б) Лучистый обмен .

Иногда их можно формально объединить:

Условие работоспособности: . Это достигается разными путями

Виды стоков:

-аккумуляция;

-лучистый сброс;

-прочие.

3. Внешнее охлаждение третьей средой

При T_охл<T_{охл. доп.}, T_ст<T_{ст. доп}

;

4. Использование теплоизоляционных покрытий (ТИП)

;

с другой стороны

;

5. Вдув завесы

Эффект защиты - обеспечивается затратой на деструкцию вдуваемого вещества. Вдув может быть сосредоточенным или распределенным, например, через пористую стенку.

· Вдув газа

· Вдув жидкости

Принимается двухзонная модель взаимодействия:

1-я зона – зона деструкции жидкой пленки;

2-я зона – зона перемешивания газифицированных продуктов завесы с ранее существовавшим пристеночным слоем.

Зона 1.

;

– коэффициент разбрызгивания;

- среднее значение теплоемкости при ;

при - теплота парообразования, - температура насыщения;

при =0, - экстремально интенсивная газификация.

Зона 2. При впрыске горючего возрастает от =0 до - предельного соотношения.

;

6. Аблирующая защита

Этот способ теплозащиты построен на деструкции функциональных материалов

Термическая деструкция – деструкция, осуществляемая под действием температуры.

Различают условно 2 типа деструкции:

- с внешним (поверхностным) уносом;

-с внутренним уносом.

Внешний унос

Все процессы деструкции, включая фазовые превращения, химические реакции и т.п., осуществляются в тонком пристеночном слое.

=0,1…0,5 мм – толщина слоя;

=0,01…0,3 мм/с.

Условием баланса притока и стока в самом общем случае будет равенство:

;

где ;

;

а) – химическая эрозия – особое явление деструкции, характерное в основном для углеродосодержащих материалов ТеЗ.

C – горючее, H₂O, CO₂ – окисляющие компоненты

Диффузионный режим: ;

;

3-я аналогия Рейнольдса;

· Коксующиеся материалы, графиты быстрый выход на режим диффузионного горения.

· Пирографиты, керамо-углеродистые материалы (комбинированные) очень медленно меняют свою температуру.

б) Механическое разрушение

;

= 0,1…0,15.

Внутренний унос

Он свойственен каркасным и композитным материалам (с образованием коксового слоя). Возможно большое разнообразие протекающих процессов, обусловленное свойствами и характеристиками как материалов, так и рабочих тел.

Так для композитных материалов характерно многофакторное взаимодействие с ПС, сопровождающееся целым набором протекающих процессов: деструкция связующих в глубине материала, выдув газифицированного материала через образующийся коксовый слой с попутным его прогревом, химическим взаимодействием с пристенными продуктами сгорания и догревом до равновесия с основным потоком, химические реакции углерода коксового слоя с кислородосодержащими компонентами ПС, механическое разрушение поверхности коксового слоя.

Лекция 4

Моделирование процессов

Расчет-доказательная база технического решения

В основе расчета лежит модель. Модель – отображение в сознании человека объектов, явлений, процессов по совокупности объективных и субъективных факторов.