Разработка методологии исследований процессов теплопереноса и термического разрушения композиционных и полупрозрачных материалов при действии излучения

• Автор: Товстоног, Валерий Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 471 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение
Глава 1. Основные проблемы и постановка задач радиационно-кон-дуктивного теплообмена и термического разрушения теплозащитных материалов
1.1.0 роли полупрозрачности в задачах внутреннего радиаци-онно-кондуктивного теплообмена
1.2. Проблемы полупрозрачности в задачах радиационно-кондуктивного теплообмена при действии внешних источников излучения
1.3.Задачи моделирования взаимодействия излучения с материалами
Выводы к главе
Глава 2. Методы расчета теплообмена излучением и интегральных оптических характеристик объектов из полупрозрачных рассекающих материалов
2. 1.Основные соотношения и решения уравнения переноса
излучения методом моментов
2. 1.1. Граничные условия
2. 1.2. Интегральные оптические характеристики граничных
поверхностей
2. 1.3. Аналитические решения системы моментных уравнений и предельные оценки точности
2. 2. Расчет интегральных оптических характеристик светорассеивающих объектов и оценки точности приближенных
решений для рассеивающих сред
2. 2.1. Расчет коэффициентов отражения и пропускания плоского слоя рассеивающей среды
2.2.2. Расчет излучателыюй способности плоского слоя рассеивающей среды
2, 2.3. Модифицированное приближенное решение уравнения
переноса излучения

2. 3.Метод расчета теплообмена излучением в многослойной
рассеивающей среде
Выводы к главе
Глава 3. Методы определен оптических свойств полупрозрачных
рассеивающих сред
3. 1.Определение оптических свойств по результатам парных
измерений
3.2. Определение оптических свойств рассеивающих материалов по поизвольному набору данных
3.3. Об учете угловой структуры зондирующего излучения..
3.4.Технические средства и методика определения оптических характеристик рассеивающих материалов при использовании точечного источника излучения
3. 5.Комплексная оценка корректности методики определе-
ния оптических свойств рассеивающих материалов
Выводы к главе
Глава 4. Технические средства для исследования процессов взаимодействия излучения с материалами и тепловых испытаний элементов конструкций
4. 1. Характеристики трубчатых источников излучения и из-
лучательных систем
4. 2. Характеристики галогенных ламп накаливания
4. 3. Характеристики газоразрядных источников излучения
4.4. Характеристики излучательных систем
4. 4.1. Плоский блок ГЛН
4.4.2. Плоский блок газоразрядных источников излучения
4.4.3. Излучательная система с единичным газоразрядным источником излучения
Выводы к главе
Глава 5. Стенды и установки радиационного нагрева
5. 1. Теплофизические стенды
5. 2. Установки радиационного нагрева на основе галогенных
ламп накаливания

5.2.1. Установка для тепловых испытаний осесимметричных объектов при комбинированном воздействии
5. 2.2. Установка СИН-1 для испытаний плоских образцов и
фрагментов конструкций
5. 3.Установки радиационного нагрева на основе газоразрядных источников излучения
5.3.1. Одноламповые установки
5. 3.2. Многоламповые установки
5. 3.3. Мобильные установки большой мощности на газоразрядных источниках излучения
5. 3.4. Установки импульсного и импульсно-периодического
режимов нагрева
5. 4. Установка радиационного нагрева на основе квантовых
генераторов
5. 5.Калориметрия потоков излучения
5. 5.1. Экспоненциальный датчик теплового потока
5. 5.2. Асимптотический датчик теплового потока
5. 5.3. Водоохлаждаемый радиометр
5.5.4. Датчики теплового потока, основанные на методах
обратных задач теплопроводности
5. 6. Определение параметров пучка излучения большой мощ-
ности
Выводы к главе
Глава 6. Исследование процессов теплообмена при нагреве полупрозрачных материалов пространственно ограниченным пучком коллимированного излучения
6. 1. Физическая и математическая модели теплопереноса в
полупрозрачной рассеивающей среде при воздействии
пространственно ограниченного пучка излучения
6. 2. Комплексная проверка модели теплопереноса в рассеивающей среде при воздействии коллимированного пучка
излучения
6. 2.1. Оптико- и теплофизические характеристики модельной
среды

Другим способом тепловой защиты может быть вдув в пограничный слой дисперсных частиц, образующих завесу, которая экранирует поверхность СА от внешнего излучения за счет его поглощения и рассеяния [79-81] на частицах. Эффективность рассеяния и связанного с ним отражения внешнего излучения зависит от фундаментального оптического свойства вещества частиц — спектрального комплексного показателя преломления, а также соотношения размера частиц и длины волны излучения. Используя смесь частиц разного фракционного состава (полидисперсная смесь) можно осуществить экранирование излучения в широком спектральном интервале. Но излучение наиболее интенсивно рассеивается на частицах, соизмеримых с длиной волны излучения, что ограничивает эффективность экранировки излучения видимой и ближней ИК-областей спектра, т.к. вдув в пограничный слой малых частиц сложен технически. Газодисперсный поток, экранирующий внешнее излучение, в принципе может формироваться при термо-механической эрозии самого ТЗМ [82], однако практическая реализуемость этого метода требует проведения детальных исследований.
Наиболее перспективный метод защиты от радиационного нагрева — это использование объемно отражающих (рассеивающих) материалов [87-88]. Их принципиальная особенность состоит в том, что унос поверхностного слоя материала практически не сказывается на характеристиках отражения излучения, если только в поверхностном слое не проходят физикохимические превращения, резко изменяющие оптические характеристики. Такими свойствами, например, обладает ряд керамических материалов на основе оксидов, карбидов или нитридов.
Основной физический процесс, приводящий к отражению излучения, — рассеяние на оптических неоднородностях (рассеивающих центрах) полупрозрачной среды. Этими неоднородностями могут быть микропустоты в массе оптически прозрачного материала (матрице) или инородные включения с отличными от матрицы оптическими свойствами. Характеристики рассеяния излучения зависят от оптических свойств матрицы и рассеивающих частиц, а также от соотношения размеров частиц и длины волны излучения [85, 86]. При действии излучения, приводящего к разрушению • рассеивающего материала, характеристики разрушения, а следовательно и теплозащитные свойства определяются закономерностями распространения излучения в среде и механизмом его взаимодействия со структурно неод-