8 / 11
Моделирование теплопереноса в слое разлагающегося материала…
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2016. № 6
29
(пики на зависимостях температур в точке
1
при малых значениях времени). В
это же время температура в точках
2
и
3
изменяется на 5 и 3…3,7 %.
Варьирование энергии активации приводит к заметному изменению темпе-
ратурного поля элемента ТЗП (рис. 6), особенно в его глубинных слоях. При
уменьшении на 30 % энергии активации температуры в точках
2
и
3
снижаются
на 15,2 и 10,2 %, в то время как увеличение энергии активации влечет рост тем-
пературы в этих точках на 6,7 и 5,1 %. Но температура поверхности ТЗП при
этом практически не изменяется. Видна ярко выраженная нелинейная зависи-
мость между изменением энергии активации и температуры поверхности.
Наибольшее отличие температуры поверхности (до 100…150 K) происходит
именно в момент начала пиролиза материала.
Рис. 6.
Отличие температуры в характерных точках
1
,
2
,
3
(см. рис. 1) элемента ТЗП
от базового варианта при энергии активации
Е
а
= 90 000 (кривые
1
,
3
,
5
)
и 170 000 Дж/моль (кривые
2
,
4
,
6
)
Выводы.
Сформулирована физическая модель теплопереноса в разлагаю-
щихся материалах ТЗП спускаемых космических аппаратов, построена матема-
тическая модель, для решения которой использован пакет конечно-элементного
анализа MSC Software Marc.
Рассчитаны температурные поля и толщина прококсованного слоя для эле-
мента ТЗП при спуске аппарата на Землю. Максимальная толщина прококсо-
ванного слоя составила ~6 мм. Выявлено, что пиролиз материала начинается
при температурах 500…550 K.
Проведено исследование зависимости температурного состояния элемента ТЗП
от оптических, теплофизических и кинетических свойств разлагающегося материа-
ла и установлено влияние каждого параметра на температуру силовой конструк-
ции. Показано, что на температуру фронтальной поверхности наибольшее влияние
оказывает степень черноты материала. Энергия активации материала значительно
влияет на температурное поле всего элемента ТЗП, включая силовую конструкцию,
особенно в области начала пиролиза, при этом варьирование энергии активации на
30 % приводит к изменению температуры силовой конструкции на 15 %. Тепло-
проводность разлагающегося материала в области средних температур (400…800 K)