Разработка и исследование тепловой модели малогабаритного теплозащищенного модульного объекта Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 519.+6Т ББК 32.973+68 С-17 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОЙ МОДЕЛИ МАЛОГАБАРИТНОГО ТЕПЛОЗАЩИЩЕННОГО МОДУЛЬНОГО ОБЪЕКТА В. Г. Самаркин

В статье рассматривается задача определения температурного поля в неизменном объеме термостатирующего устройства. Предложены физическая и тепловая модели устройства, обеспечивающие заданную точность результатов расчетов. Получены зависимости, учитывающие явления фазового перехода и химической реакции в процессе передачи тепла. Предусмотрена возможность использования в расчетах данных, специально проведенного экспериментального исследования теплофизических свойств теплоаккумулирующего материала

Ключевые слова: теплоаккумулирующий материал, термостатирующее устройство, фазовый переход

Для обеспечения работоспособности электронных плат при воздействии высокой температуры, устройство, кроме жаропрочного корпуса, содержит теплозащитный слой. Если слой активный, т.е. состоит из теплоаккумулирующего материала (ТАМ), то с ростом температуры в нем наблюдаются эндотермические явления - фазовые и химические превращения материала ТАМ. Основная задача оценки теплового состояния такого малогабаритного теплозащищенного модульного объекта (МТМО) заключается в определении температурного поля в слое ТАМ в зависимости от времени, а также в расчете времени достижения поверхностью электронной платы предельно-допустимой температуры.

По условию сохранности информации температура поверхности электронных плат МТМО не должна превышать значения ТП = 150 °С (423,15 К).

Согласно требований, предъявляемых к испытанию систем регистрации полетных данных, теплозащищенный носитель данных регистратора должен сохранять зарегистрированную информацию при воздействии высокотемпературного пламени (1100 °С) в течении одного часа, при воздействии низкотемпературного пламени (260 °С) - десять часов [1].

Обеспечить поддержание внутри МТМО заданной температуры можно за счет создания тер-мостатирующих устройств или термостатов.

Анализ работ по исследованию тепловых режимов термостатирующих устройств позволил наметить программу и сформулировать перечень основных задач, решение которых легло в основу построения метода теплового расчета МТМО и оптимизации конструкции термостатирующих устройств. К таким задачам можно отнести следующие.

1. Расчет стационарного теплового режима термостата, позволяющий произвести выбор значений конструктивных (габаритных) и теплофизических параметров элементов конструкции термостата и установить взаимосвязь между температурой

Самаркин Виктор Георгиевич - КВВАУЛ, адъюнкт, Е-таі1: [email protected]

отдельных элементов и параметрами внешнего теплового воздействия.

2. Оценка неравномерности температурного поля в элементе, окружающем объем термостати-рования (в камере), которая устанавливает соотношения, связывающие распределение источников (стоков) тепла с коэффициентами теплопередачи между отдельными участками объекта или камеры термостата и внешней средой.

3. Анализ стационарного и нестационарного теплового режима объекта термостатирования по отношению к камере и внешней среде, который выявляет влияние внутренних тепловыделений и тепловых связей объекта термостатирования на характер его температурного поля и дает возможность принять действенные конструктивные меры по уменьшению или ликвидации так называемых статических ошибок термостата.

4. Расчет нестационарного теплового режима МТМО, позволяющий получать уравнения динамики термостата.

5. Разработка расчетно-экспериментальных методов исследования геометрических и теплообменных параметров, а также статических и временных характеристик термостатирующих устройств, повышающих точность численных методов расчета, создающих рациональную основу постановки опытов и сокращающих объем экспериментальных работ.

6. Оптимизация на основе разработанного метода теплового расчета типовых конструкций МТМО общего или специализированного назначения.

Для решения поставленных задач был выбран такой метод расчета, который с одной стороны является простым по форме, но в то же время обладает достаточной общностью, т. е. учитывает возможность изменения конструкции отдельных элементов и параметров тепловых воздействий; позволяет проводить при необходимости серию последовательно усложняющихся расчетов, увеличивая их точность.

Анализ обобщенной тепловой модели показал, что решение задачи теплообмена значительно упрощается, если провести его последовательно в два этапа:

а) исследовать стационарный тепловой режим МТМО при равномерных тепловых воздействиях;

б) исследовать нестационарный, нелинейный тепловой режим и оценить влияние эффекта, вызванного действием фазового перехода.

На первом этапе коэффициенты теплообмена и теплофизические параметры элементов МТМО считаются постоянными. Для решения задачи тепловой защиты конструкции МТМО на этом этапе было оценено тепловое воздействие в рамках различных конструктивных и геометрических условий. Расчет проводился в среде программы Microsoft Office Excel. По причине ограничения возможностей табличного процессора расчет выполнялся при следующих допущениях:

-теплопроводность происходит при установившемся стационарном режиме;

-время нестационарного режима (прогрева) несоизмеримо мало по отношению к временным рамкам поставленной задачи и не учитывается;

-для подсчета удельной теплоотводящей способности ТАМ принимается равномерное по толщине ТАМ распределение отрицательных источников тепла (стоков);

-коэффициенты теплопроводности, значения удельной теплоемкости материалов корпуса МТМО и ТАМ приняты постоянными, равными соответственно среднеинтегральным значениям для материала корпуса МТМО и защитного слоя.

В результате расчета была получена в основном качественная оценка теплового воздействия на электронную плату МТМО. Установлено, что количество тепла при воздействии высокотемпературного пламени на (10 ^ 15) % меньше, чем при воздействии низкотемпературного пламени, интенсивность термического воздействия на плату может быть снижена при изменении характерных геометрических размеров (например, увеличение высоты цилиндра при неизменном объеме корпуса).

Тепловое состояние конструкции определяется выбором материала корпуса малогабаритного теплозащищаемого модульного объекта (МТМО), состава теплоаккумулирующего материала (ТАМ).

Сложность расчета теплового состояния заключается в необходимости учета зависимости коэффициентов теплопроводности и удельной теплоемкости материалов корпуса и активной защиты МТМО от температуры.

Корпус МТМО может быть изготовлен из различных видов современных конструкционных материалов. Приведенные в справочной литературе теплофизические свойства конструкционных материалов в виде таблиц или графиков [2] были обработаны и подготовлены к использованию в машинном счете.

Отсутствие достоверных данных о теплофизических свойствах новых материалов активной тепловой защиты приводит к увеличению погрешности результатов расчета. Так, в литературе встречаются только качественные оценки зависимости теплофизических свойств ТАМ от температуры, либо постоянные их значения. Например коэффициент теплопроводности ТАМ при расчете удельной теплоотводящей способности принимался рав-

ным 1,9 Вт/м-К (диапазон изменения (0,28 ^ 16,1) Вт/м-К) [3].

Возникла необходимость экспериментального определения теплофизических характеристик существующих и разрабатываемых ТАМ. Для исследований использовалась лабораторная база кафедры физической и коллоидной химии Кубанского государственного технологического университета. В качестве испытуемых образцов были взяты две экспериментальные смеси на основе кристаллогидратов и гелеобразующих веществ с высокими теплопоглощающими свойствами.

На втором этапе, в результате проведенных экспериментов, были получены и обработаны теплофизические характеристики ТАМ, зависимости их от температуры аппроксимированы стандартными функциями для использования в авторской программе расчета теплового состояния МТМО.

Совокупность решений задач первого и второго этапов позволяет провести оценочные расчеты для определения характерных геометрических размеров, применить специально созданные программы для обработки экспериментальных данных исследования теплофизических свойств материалов и использовать сформированные базы данных для расчета полей температур, характеризующих различные тепловые режимы термостатирующих устройств. Такой подход является правомочным, так как при решении задач теплообмена систем термостатирования одно из основных технических требований сводится к обеспечению заданной температуры в термостатируемом объеме.

При пассивной системе тепловой защиты необходимо ослабить влияние внешних возмущающих воздействий в течение некоторого времени. Основными элементами пассивной тепловой защиты являются:

а) теплоизоляционные оболочки с низкой теплопроводностью (порошковые или пористые материалы, вакуумная теплоизоляция);

б) прослойки из активных материалов, имеющих большую теплоту фазового перехода (ТАМ).

Конструктивное оформление теплоизоляционных оболочек, гасящих внешние тепловые воздействия, может быть разным. В наиболее простых случаях такой оболочкой является массивный металлический корпус, который за счет собственной теплоемкости принимает на себя тепловой удар со стороны среды. Чаще, однако, тепловая изоляция -это плохо проводящая теплоту прослойка, окружающая объект. Благодаря высокому тепловому сопротивлению внешние непрерывные тепловые воздействия задерживаются изоляционной прослойкой и достигают объекта защиты уже значительно ослабленными.

Типовая физическая модель пассивного термостата показана на рис. 1 и включает следующие элементы: объект защиты - электронная плата модуля памяти; теплозащитную оболочку - слой теплоаккумулирующего материала (ТАМ); корпус устройства, наружная поверхность которого находится в непосредственном тепловом контакте с внешней средой.

Рис. 1. Физическая модель МТМО: 1 - корпус, 2 - слой ТАМ, 3 - электронная плата памяти

Физико-геометрическими характеристиками ТАМ, необходимыми для расчетов являются определяющий размер ётлм; ^ТАМ = ./(Т); Стам = ./(Т); Ртам = /(Т). Для корпуса МТМО аналогичные величины

- Акорп, ^корп = /(Т); скорп = ./(Т); Ркорп =/(Т)-

Возмущающие воздействия определяются температурой окружающей среды Т0 и плотностью теплового потока д0, одинакового для всех элементов поверхности. Интенсивность теплообмена наружной поверхности корпуса с окружающей средой задается коэффициентом теплоотдачи . Сущность математического описания работы устройства заключается в установлении взаимосвязи между температурой (временем достижения конкретной температуры) на поверхности электронной платы и такими воздействиями, как температура окружающей среды, плотность теплового потока фазового превращения, термического сопротивления конструкции МТМО. Решение задачи будем искать в одномерном приближении, в допущении, что поле температур в каждом из элементов системы зависит от одной пространственной координаты г и времени т. Необходимо сформулировать одномерные уравнения теплопроводности для всех элементов системы, затем определить систему граничных условий (равенство температур и баланс тепловых потоков между элементами).

Рассмотрим одномерную нестационарную нелинейную тепловую задачу, где градиент температур направлен противоположно оси г.

Точка, расположенная на внешней поверхности корпуса МТМО (г = 0), характеризуется граничными условиями III рода, в этой точке происходит теплообмен с окружающей средой. Количество теплоты, введенное в элементарный объем извне за время йт вследствие теплопроводности, теплоотдачи, теплового излучения равно изменению внутренней энергии , содержащейся в элементарном объеме

-де яЧ?’ = й$7п-1гй(}70+ (2)

- количество теплоты, отданной теплопроводностью следующей точке (следующему элементарному объему) за время с/т.

(3)

- количество теплоты, полученной теплоотдачей от окружающей среды

а(}тс= аР{Те— Та). (5)

Коэффициент теплоотдачи при условии свободной конвекции газа изменяется в пределах

В общем случае коэффициент теплоотдачи зависит от геометрических параметров объекта и

температуры [4] а = 0.~0Л\ О в - Та -| і

где коэффициент А = f(Pr, X, и) сведен в таблицу в зависимости от температуры, условий теплоотдачи, окружающей среды.

Конвективный коэффициент теплоотдачи в газе для плоской и цилиндрической поверхности может также быть найден при помощи номограмм для изменяющейся температуры поверхности МТМО. Исходными данными являются температурный напор и характерный геометрический размер [4].

Полученная табличная, а затем графическая, зависимость (рис. 2) аппроксимирована полиномиальной функцией

сСП = -I'HT'T1 - б-1й~*Т3- Q.Q04T4- 9.0~F. £7)

Функция убывающая, погрешность аппроксимации растет, достигая максимального значения около 7 % в конце интересующего диапазона температур.

Рис. 2. Сравнение графиков табличной зависимости коэффициента теплоотдачи а'(Т ■ и зависимости с,(Г), полученной в результате аппроксимации: С-'П _ коэффици-

ент теплоотдачи

■41

Т - температура поверхности

корпуса (0С)

учитывая передачу тепла в единицу времени только в направлении г ( цх = 0. цу

- количество теплоты, полученной излучением от окружающей среды,

-, (^(^)‘ -(Ш)™

где €^=5,6/163- коэффициент излучения

абсолютно черного тела, £Г - степень черноты газа, 8ГС - поглощательная способность газа по отношению к излучению стенки с температурой Т С1, ее численно можно принять равной степени

черноты газа при температуре стенки, 8С - степень

черноты стенки корпуса МТМО.

Учет отношений степени черноты газового объема при температурах газа и стенки в формуле (8) позволяет точнее вычислить результирующий поток излучения (в противном случае погрешность достигает значения (10 ^ 15) %).

Пленка оксидов на поверхности металлов оказывает существенное влияние на степень черноты тела. Например, появление оксидов на полированной поверхности алюминия приводит к увеличению ее степени черноты с 0,04 до 0,2; для стали -

0,07 и 0,8 соответственно.

Для расчета необходимо найти излучение газов, входящих в состав продуктов сгорания авиационного топлива - СО2, Н2О, СО, паров углеводородов. Наибольшее значение имеет излучение СО2 и Н2О, так как остальные газы обычно имеют небольшие концентрации. Для смеси СО2 и Н2О степень черноты определим по соотношению

= £ш= +■ — Г:с; ■ С®)

Значения г г-.: могут быть найдены по

эмпирическим соотношениям, или с использованием графиков, построенных по опытным данным. Так как излучаемая газом энергия зависит от толщины газового слоя и концентрации излучающих молекул, то степень черноты компонентов газа выбираем в зависимости от параметра где -

парциальное давление компонента газа; - сред-

няя длина пути луча в пределах газового слоя [5]

где £ - поверхность, ограничивающая объем V корпуса МТМО.

С учетом сделанных заключений при использовании графиков и поправочных коэффициентов, степень черноты газа =.

Величину

- *(£Г-

ми IV рода, в этих точках происходит теплообмен между слоями материала корпуса и ТАМ по закону теплопроводности

дТ1 дТ7

можно наити из соотношения

и. 5

ггс

■ 'и Зависимость

от степени прогрева наружной поверхности корпуса МТМО (11) представлена на рис. 3. Поглощательная способность газа с ростом температуры уменьшается по степенной зависимости.

Рис. 3. Зависимость поглощательной способности газа £].( по отношению к излучению стенки с температурой Т±'(Т) = - степень черноты газа при температуре

стенки, Т - температура поверхности корпуса (°С)

Точки, расположенные в толщине корпуса МТМО (0 < г < йкорп), на границе корпуса и ТАМ^ (г = йкорп) характеризуются граничными условия-

0.2)

дг

Причем точка, лежащая на границе слоев, принадлежит двум средам с индивидуальными теплофизическими характеристиками.

Точки, расположенные в толщине материала ТАМ (йКорп < 2 < йКОРи + с1ТАМ), характеризуются граничными условиями IV рода, в этих точках происходит теплообмен между слоями материала ТАМ по закону теплопроводности.

Слой ТАМ активный, с ростом температуры в нем протекают эндотермические явления - фазовые и химические превращения материала ТАМ.

Если интенсивность поглощения теплоты при фазовом превращении незначительно превышает подвод теплоты за счет теплопроводности, то размеры области фазового перехода стремятся к минимуму. В этом случае процесс агрегатного превращения происходит в узком объеме - фронте превращения вещества. Температуру во фронте превращения примем равной температуре фазового перехода.

Если интенсивность поглощения теплоты при фазовом превращении существенно превышает подвод теплоты за счет теплопроводности, то размеры области фазового перехода увеличиваются. В этом случае процесс агрегатного превращения происходит в значительном объеме - зоне фазового превращения вещества. Температуру в зоне превращения примем равной температуре фазового перехода. Если зона фазового перехода имеет толщину дФ, то плотность теплового потока цФ, затрачиваемого на фазовое превращение, можно найти из соотношения

Рассмотрим движение фронта превращения вещества с известными температурами ТФ (температура фазового перехода ТАМ) и ТХ (температура химической реакции ТАМ) в полуограниченной среде. В начальный момент времени имеется исходная фаза ТАМ с постоянной по объему температурой ТИ (т = 0; свободная поверхность г = йКОРП). На свободной поверхности исходной фазы поддерживается постоянная температура ТС2 (температура внутренней поверхности стенки МТМО). Причем, ТИ < ТС2, кроме этого, ТИ < ТФ < ТХ.

Температура внутренней поверхности стенки МТМО ТС2 зависит от окружающей температуры Т0, условий теплоотдачи корпуса МТМО, излучения газа и внешней поверхности корпуса МТМО.

Тепловой поток, направленный от свободной поверхности к исходной фазе, приводит к ее нагреву. По мере нагрева исходной фазы от температуры ТС2 до температуры ТФ фазового перехода происходит процесс ее превращения и появляется новая фаза. С течением времени процесс образования новой фазы захватывает все больший объем исходной фазы, толщина новой фазы увеличивается, граница раздела фаз продвигается в объем исходной фазы. При этом процесс нагрева исходной фазы сопровождается увеличением ее температуры.

Процесс агрегатного превращения исходной фазы в новую фазу схематически показан на рис. 4, где Т0 - температура окружающей среды; ТС1 -температура наружной стенки корпуса МТМО; ТС2 - температура внутренней стенки корпуса МТМО, она же - температура свободной поверхности исходной фазы; ТП - температура поверхности электронной платы; ТФ - температура фазового превращения ТАМ; ТХ - температура химической реакции; q0 - плотность теплового потока из окружающей среды; qI - плотность теплового потока, проходящего через стенку корпуса МТМО; qИ -плотность теплового потока, проходящего через исходную фазу ТАМ; qН - плотность теплового потока, проходящего через новую фазу ТАМ; qК -плотность теплового потока, проходящего через конечную фазу ТАМ; qФ - плотность теплового потока фазового превращения (образования новой фазы) во фронте ТАМ;. qХ - плотность теплового потока химической реакции во фронте ТАМ.

Положения исходной и новой фаз отсчитываются от их свободной поверхности при 2 = йКОРП. В момент времени т новая фаза существует в области 0 < 2 < дф, исходная фаза существует в области 2 > дф.

На свободной поверхности исходной фазы соотношение qI = qи справедливо до момента начала фазового превращения ТАМ.

При повышении температуры до Тф на поверхности раздела фаз в общем случае имеет место соотношение qI = qф + qи

Плотность теплового потока из фронта превращения qф может быть выражена через энтальпию фазового перехода I и массовую скорость образования новой фазы дйф

49= 1р

Ось симметрии МТМО

і і , —

дт

Исходная фаза

Перемещающаяся зона фазового | перехода ТАМ

Новая фаза

Перемещающаяся зона химической реакции ТАМ

Конечная фаза

Ї \

Я*

(14)

Электронная ■ плата

\

Слой

ТАМ

Корпус

/МТМО

Чо1 тп т,х,тхтс,тЛ т0

Окружающая

среда

Рис. 4. Схема тепловых потоков и температурное поле, характеризующее изменение агрегатного состояния ТАМ в МТМО

Плотность теплового потока от поверхности

раздела в исходную фазу

3 Та.

фаз

Тогда баланс теплоты на поверхности раздела

д Та { д Т%\

~''гзГ=1р~аГ+ '.""ІГ ’

эта

Э% "г Зт " V Эг Для решения уравнения (17) необходимо знать температурные поля в исходной и новой фазах ^

и скорость продвижения поверхности раздела фаз ^ £? Г *

Приближенно скорость продвижения поверхности раздела можно найти при следующих допущениях:

- из условия активности ТАМ, пренебрегаем тепловым потоком из границы раздела в исходную фазу

- градиент температур на поверхности раздела фаз заменяем средним градиентом по толщине новой фазы. Получим

дТ.ч ^ д5<р ^

после разделения переменных — ( Та - Тф)ііт= і5тізЕ .

(20)

Интегрируя от т = 0, дф = 0, получим = к^ \т. (21

где коэффициент пропорциональности

]

2Ля /я

\ТС2-Т<р).

(22)

При значениях входящих в комплекс (22) параметров, полученных в результате обработки экспериментальных данных, усредненных в диапазоне рабочих температур Т = (20 ^ 150) °С ((293,15 ^ 423,15) К), равных

, Дж Вт кг

/ * 1,8- 10 — ; Ля* 0.43 ---------г ; ? * 1350 — .

кг ^

коэффициент пропорциональности оценочно равен

К! = 1.574 - Ю--5 — .

' Ус

Анализ степенной зависимости с дробным показателем показывает, что с увеличением времени т, продвижение фронта в исходную фазу замедляется. Например, из графика на рис. 5 видно, что температура слоя, находящегося на удалении 5 = 0,03 м от внутренней стенки корпуса МТМО, станет равной температуре фазового превращения ТФ = 80 °С через т = 10 ч от момента начала процесса на свободной поверхности исходной фазы.

Плотность теплового потока из новой фазы через поверхность раздела фаз

Рис. 5. Продвижение фронта превращения вглубь исходной фазы, характеризующее изменение агрегатного состояния ТАМ в МТМО: т - время (ч), Г(х) = 5Ф - толщина зоны фазового превращения (м)

Плотность теплового потока фазового превращения во фронте можно найти из выражения (14), подставив в него зависимость (21)

і Ч М 1 р К;

Для оценки температурного поля распределение температуры в исходной и новой фазах в первом приближении будем считать одномерным.

Новая фаза существует в границах 0 < z.

баланс тепла

—— — fa) где Н - коэффициент температуропроводности новой фазы ТАМ.

При z = 0; Т„ = Тс2 Исходная фаза существует в границах баланс тепла

д~Та дТи

fii! ffz- 0т где И - коэффициент температуропроводности исходной фазы ТАМ.

При z ^ ж; Ти ^ ТНАЧ , где ТНАЧ - начальная стандартная температура, ТНАЧ = 20 °С (293,15 К).

Решение уравнений (27), (28) можно найти, применив функцию источника

Тц= Гсг+ а ■ erfl , ;—) :

где коэффициент пропорциональности

к _ г~: ^ При значениях входящих в комплекс (25) параметров, определенных ранее и усредненных в диапазоне рабочих температур Т = (20 ^ 150) °С ((293,15 ^ 423,15) К), коэффициент пропорциональности оценочно равен Дж

к. = 191236, Гб ----

(и1 Л) ‘ ' '

Анализ степенной зависимости (24) с дробным показателем показывает, что с увеличением времени т, значение плотности теплового потока фазового перехода асимптотически приближается к значению коэффициента к2. Из графика на рис. 6 видно, что в процессе фазового превращения плотность теплового потока велика из-за малых объемов зоны фазового перехода, затем резко уменьшается в течение двух часов, оставаясь после этого приблизительно на одном уровне.

Рис. 6. Изменение во времени плотности теплового потока фазового перехода: т - время (ч), 1'(т) = я® - плотность теплового потока фазового превращения \ ^ 7Н-)

Постоянные С1 и С2 можно найти из граничных условий: при г = 8Ф, Тн = Тф; Тп = Тф„ тогда

Т<? = ТС2+ С1 - ет? I ----------- ; (31)

\.2 V т/

7>= ‘^1 - ег? ^ -г)) .от см да

С1 =

С2 -

Т9-Тсг

Brf (2^7)

Тф-Тнач

(32)

1 - ег} ( — )

Функция ег/(е) = Ф(е) имеет следующие свойства: ег/(0) = 0; вг/(<х) = 1, зависимость Ф(е) от е сведена в таблицу значений интеграла вероятности Гаусса. Комплекс

(2\ fl rj

рассчитывается при использовании машинного счета пошагово, по времени и координате. Кроме этого он зависит от коэффициента температуропроводности

А

н = 1Гр) • ^

Значение коэффициента температуропроводности вычисляется по данным экспериментальных исследований теплофизических свойств ТАМ. Аргументы функции (35) зависят от температуры в расчетной точке X = /(Т); с = /(Т); р =./(Т)

Точка, расположенная на поверхности электронной платы (г = йКОРП + йТАМ) характеризуется допущением, что сток тепла равен нулю, в этой точке теплообмена нет

О ЛдТ 0 (36)

С ростом температуры от ТФ до ТХ на свободной поверхности слоя ТАМ начинается процесс

Подставляя в (23) выражение (22), получим

эндотермической химической реакции, неразрывно связанный с процессом теплообмена.

Если реакция идет при P = const, t = const, теплота химической реакции будет равна разности энтальпий начального и конечного состояния системы и не зависит от пути процесса

При расчетах используется энтальпия, в которую включается теплота образования из исходных веществ каждого химического компонента ТАМ. Полная удельная энтальпия п-то компонента

(38)

где - удельная теплота образования n-го компонента. Если при образовании п-то компонента тепловая энергия подводится, то :: г

Наряду с аналитическим методом расчета теплоты химической реакции [6] применим метод дифференциального термического анализа (ДТА). Для исследования ТАМ различных составов применялся прибор дериватограф Q-1500D. Деривато-грамма, содержащая изменение температуры (Т), массы (ТГ), скорости изменения массы (ДТГ) и внутренней энергии (ДТА) обрабатывается авторской программой (рис. 7).

Рис. 7. Дериватограмма исследования ТАМ: І -

Эндотермический эффект на дифференциальной кривой 1 (см. рис.7) обусловлен следующими физико-химическими превращениями:

- плавлением вещества;

- термическим разрушением исследуемого вещества, сопровождающимся выделением газообразной фазы (дегидратация, декарбонизация).

Предложенная тепловая модель позволила произвести выбор значений конструктивных и теплофизических параметров МТМО, оценить неравномерность температурного поля, влияние его на теплофизические характеристики материалов, рассчитать нестационарный тепловой режим. Разработан расчетно-экспериментальный метод исследования геометрических и теплофизических параметров МТМО, позволяющий сократить объем сопутствующих экспериментальных работ.

Литература

1. ED-56A. Минимальные требования к эксплуатационно-техническим характеристикам систем речевой регистрации. Европейская авиационная организация EUROCAE, Dec 1993.

2. Арзамасов Б.Н. Конструктивные материалы. Справочник, М.: Машиностроение. 1990. 687 с.

3. Наумов Г.А. Создание активной теплозащиты для ЗМП из титанового сплава. Сборник докладов на II научно-практической конференции «Проблемы и перспективы создания аварийных регистраторов»., Курск, 2006.

4. Дульнев Г.Н., Семяшкин Э.М. Теплообмен в радиоэлектронных аппаратах. Л.: Энергия, 1968. 360 с.

5. Луканин В.Н. и др. Теплотехника. М.: Высш. шк., 2000. 671 с.

6. Данилин В.Н., Доценко С.П. Физическая химия. Ч.2. Краснодар: КубГТУ, 2000. 89 с.

кривая изменения внутренней энергии, 2 - кривая изменения массы, 3 - температурная кривая

Краснодарское высшее военное авиационное училище летчиков

ELABORATION AND RESEARCH OF THERMAL MODEL OF SMALL-SIZE THERMALLY

PROTECTED MODULAR OBJECT

V.G. Samarkin

The aim of the article deals with determination of a thermal field in invariable volume of a thermo stating device. Physical and thermal models of the device have been suggested that provide preset accuracy of calculations results. Dependencies that refer to the phenomena of phase transfer and chemical reaction in the process of heat transmission have been obtained. The possibility to apply in calculations data of specially conducted experimental research of thermal properties of heat-accumulating material is also considered

Key words: heat-accumulating material, thermo stating device, phase transfer