Previous Page  2 / 11 Next Page
Information
Show Menu
Previous Page 2 / 11 Next Page
Page Background

Моделирование теплопереноса в слое разлагающегося материала…

ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2016. № 6

23

В работе [5] выполнено сравнение двух моделей процесса пиролиза материала:

в одной — пиролиз происходил в слое бесконечно малой толщины, в другой —

в слое с конечной толщиной. Установлено, что в случае высокоинтенсивного

нестационарного нагрева ТЗП необходимо учитывать конечную толщину слоя

пиролиза.

В [6] рассмотрена математическая модель разрушения ТЗП, в которой учте-

ны пиролиз материала и вдув газа в пограничный слой. Для численного анализа

использован метод конечных разностей, при этом проведено сравнение резуль-

татов, полученных при явной и неявной схемах решения, полученные результа-

ты сопоставлены с экспериментальными данными. Обзор развития математиче-

ских моделей прогрева и разрушения ТЗП приведен в [7]. Там же дано сравне-

ние использования методов конечных разностей и конечных элементов для

численного анализа процессов прогрева и разрушения ТЗП. Показано, что для

тел простой формы оба метода дают практически совпадающие результаты, но

для тел сложной формы преимуществен метод конечных элементов.

Для моделирования теплопереноса в разлагающихся материалах ТЗП разра-

ботан целый ряд расчетных алгоритмов и программ, например [8–10]. Но по-

добное программное обеспечение носит исследовательский характер и, как пра-

вило, применяется в самих организациях-разработчиках, а уровни пользова-

тельского интерфейса, верификации, документирования и поддержки не отве-

чают стандартам, принятым для коммерческого программного обеспечения. К

тому же наиболее часто используется одномерная модель процесса теплопере-

носа, что ограничивает возможный круг решаемых задач.

С другой стороны, в настоящее время появились новые коммерческие паке-

ты конечно-элементного анализа [11, 12], позволяющие в достаточно строгой

постановке учесть все основные эффекты, происходящие в разлагающихся ма-

териалах. Так, пакет MSC Software Marc 2013.1 позволяет решать одно-, двух- и

трехмерные задачи тепло- и массопереноса. Имеется возможность проводить

анализ связанных процессов пиролиза, течения пленки расплава и диффузии

газа. Пакет имеет открытую архитектуру, которая использует дополнительные

модули на языке Fortran и создает собственные модели пиролиза [11]. Следует

отметить, что программное обеспечение MSC Software достаточно широко рас-

пространено как на предприятиях отечественного аэрокосмического комплекса,

так и в учреждениях высшего образования, в частности в МГТУ им. Н.Э. Баума-

на.

Основные положения математической модели.

Процесс переноса теплоты

в слое разлагающегося материала с учетом физико-химических превращений

описывается обобщенным нестационарным, нелинейным уравнением тепло-

проводности [11]:

 

 

 

  





,

( , )

( , )

(

)

( , )

,

p

p p

p g

g

g s

p

T h

T

T

T

с T h

c T G

I I

T h

y

y

y

(1)