Расчетно-теоретическое определение эффективной теплопроводности керамики с открытой пористостью

Авторы

Федюнина Е. Р., Просунцов П. В.^*

ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана», 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, с. 1

*e-mail: pavel.prosuntsov@mail.ru

Аннотация

Целью работы является выбор рациональных параметров структуры высокопористого теплоизоляционного материала, таких как тип материнского материала, характерный размер и отражательная способность поверхности пор. Для определения молекулярной и эффективной теплопроводности построены геометрические модели представительных элементов объема, проведено моделирование радиационно-кондуктивного теплообмена в них и исследовано влияние параметров структуры на процесс переноса тепла. Расчетно-теоретическим путем определены температурные зависимости эффективного коэффициента теплопроводности высокопористой керамики в зависимости от параметров микроструктуры и типа материала. Показано хорошее согласие численного решения с экспериментальными данными по материалу ТЗМК-10. Установлено, что снижение диаметра волокон, нанесение непрозрачного покрытия с низкой степенью черноты на поверхность волокон и введение добавок в частично прозрачные волокна приводит к снижению эффективного коэффициента теплопроводности высокопористой керамики.

Ключевые слова:

высокопористые теплоизоляционные материалы, комбинированный радиационно-кондуктивный теплообмен, представительный элемент объема, эффективная теплопроводность, расчетно-теоретическое определение теплофизических характеристик

Список источников

1. Зуев А.В., Просунцов П.В., Майорова И.А. Расчетно-экспериментальное исследование процессов теплопереноса в высокопористых волокнистых теплоизоляционных материалах // Тепловые процессы в технике. 2014. Т. 6, № 9. С. 410–419.
2. Зуев А.В., Просунцов П.В. Модель структуры во-локнистых теплоизоляционных материалов для анализа процессов комбинированного теплопе-реноса // Инженерно-физический журнал. 2014. Т. 87. № 6. С. 1319–1330.
3. Резник С.В. Математические модели радиацион-но-кондуктивного теплообмена в материалах тепловой защиты многоразовых транспортных космических систем // Инженерно-физический журнал. 2000. Т. 73. № 1. С. 11.
4. Черепанов В.В. Методология исследования и про-гнозирования свойств высокопористых материа-лов для тепловой защиты летательных аппаратов диссертация: Дисс. … докт. Техн. наук. Москва, 2012. 265 с.
5. Алифанов О.М., Черепанов В.В. Идентификация моделей, определение и прогноз свойств высо-копористых теплозащитных материалов // Вест-ник МАИ. 2010. Т. 17. № 4. С. 48–57.
6. Brodzik L. Analysis of damaged Alumina Enhanced Thermal Barrier // Journal of Physics: Conference Series. 2021. Vol. 2116.
7. Roorda E. Thermal protection system analysis and siz-ing for spaceplane configurations. Delft: Delft Uni-versity of Technology. 2017. 140 p.
8. Резник С.В. Актуальные проблемы проектирова-ния, производства и испытания ракетно-космических композитных конструкций // Инже-нерный журнал: науки и инновации. 2013. № 3 (15). DOI: 10.18698/2308-6033-2013-3-638
9. Cunsolo S., Coquard R., Baillis D.  et al. Radiative properties of irregular open cell solid foams // Inter-national Journal of Thermal Sciences. 2017. Vol. 117. pp. 77–89.
10. Cunsolo S., Baillis D., Bianco N. Improved Monte Carlo methods for computational modelling of thermal ra-diation applied to porous cellular materials // Inter-national Journal of Thermal Sciences. 2019. Vol. 137. pp. 161–179.
11. Reznik S.V., Prosuntsov P.V., Mikhailovskii K.V. Predic-tion of thermophysical and thermomechanical char-acteristics of porous carbon-ceramic composite ma-terials of the heat shield of aerospace craft // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2015. Vol. 88. pp. 594–601.
12. Битюков В.К., Петров В.А. Оптическое кварцевое стекло как эталонное вещество коэффициента теплопроводности частично прозрачных матери-алов // Теплофизика высоких температур. 2000. Т. 38. № 2. С. 313–320.
13. Сергеев О.А., Шашков А.Г. Теплофизика оптиче-ских сред. Минск: Наука и техника. 1983. 232 с.
14. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Мир, 1981. 320 с.
15. Cunsolo S., Coquard R., Baillis D. et al. Radiative properties of irregular open cell solid foams // Inter-national Journal of Thermal Sciences. 2017. Vol. 117. pp. 77–89.
16. Miller W.C., Collins J.O. Opacification of high temper-ature fibrious insulation. – Moffett Field, California: National Aeronautics and Space Administration, Amem Research Center, 1984. 25 p.
17. Hass D.D., Prasad B.D., Glass D.E. et al. Reflective Coating on Fibrous Insulation for Reduced Heat Transfer. Hampton, Virginia: National Aeronautics and Space Administration, Langley Research Center, 1997. 21 p.