ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Уравнения тепло- и массопереноса в условиях термодеструкции связующего из "Тепловые свойства стеклопластиков " Многие современные машины и аппараты содержат элементы конструкций и детали, подвергающиеся воздействию тепловых потоков большой интенсивности. [c.6] В качестве материалов для изготовления таких элементов широко применяют стеклопластики. Благодаря хорошим теплозащитным свойствам этих материалов прогрев изделий из стеклопластиков происходит сравнительно медленно. Даже при температурах поверхности в несколько тысяч градусов Цельсия внутренние слои деталей из стеклопластика не нагреваются и остаются достаточно прочными в течение времени, необходимого для работы конструкции. [c.6] Следовательно, для характеристики теплозащитных свойств полимерных материалов при неравномерном нагреве нужны другие критерии, учитывающие наряду с разупрочнением материала при фиксированной температуре скорость его нагрева и профиль распределения температуры. Соответствующие показатели должны, по-видимому, определяться в динамических условиях нагрева первоначально термостатированных образцов тепловыми потоками большой интенсивности, подводимыми к их боковым поверхностям. [c.7] Общепринятых критериев и даже терминологии в этой области не имеется. Более всего указанным требованиям отвечает испытание на жаростойкость по Шрамму, в ходе которого поверхность образца нагревается до 950 °С, а остальные слои остаются холодными. Однако результаты испытаний, выражаемые так называемыми числами жаростойкости по Шрамму, не учитывают изменения прочности образцов и не имеют определенного физического смысла. [c.7] В настоящей работе показаны некоторые пути решения поставленных выше задач. Автор не ставил целью рассмотреть все аспекты изучения теплофизических свойств стеклопластиков и ограничился таким объемом их исследования, который необходим для проведения расчетов конструкций, работающих весьма нелродол-жительпое время, без учета процессов старения и диффузии внешней среды в условиях сравнительно невысоких температур (до верхнего предела температур термодеструкции) и небольших давлений. [c.8] В силу неоднородности структуры стеклопластиков и наличия в них полимерного связующего, которое может подвергаться термической деструкции, изучение теплофизических свойств стеклопластиков является более сложной задачей, чем изучение свойств гомогенных низкомолекулярных веществ, таких, как металлы и неорганические соединения (кварц, слюда, корунд и др.), не изменяющих химического состава в широком диапазоне температур. [c.8] По физическому смыслу уравнение (1) представляет собой уравнение сохранения энергии, а уравнение (2) — уравнение сохранения массы вещества. [c.9] Первый член в уравнении (1) учитывает скорость распространения носителей тепловой энергии, второй — изменение энтальпии вещества в единицу времени. В правую часть входят слагаемые, учитывающие кондуктив-ный и конвективный (обусловленный движением массы 7д продуктов деструкции) тепловые потоки. Последнее слагаемое уравнения (1) характеризует поглощение тепла в процессе химических и физических превращений. [c.9] В уравнении (2) скорость изменения массы -го компонента в единице объема (левая часть уравнения) равна сумме скорости притока массы этого компонента из смежных слоев и скорости образования этого компонента за счет химических или фазовых превращений. [c.9] Дифференциальные уравнения (1) и (2) следует решать в совокупности с начальными и краевыми условиями, определяемыми конкретным характером нагрева. [c.10] Запись уравнения (2) необходима для каждого k-то компонента в тех случаях, когда протекают реакции интенсивного взаимодействия компонентов. Если же такого взаимодействия нет или влияние его на температурное распределение мало, уравнение массопереноса удается упростить. Опыт показывает, что для рассматриваемых материалов перемещение продуктов деструкции происходит главным образом в газовой фазе. Благодаря жесткости волокон наполнителя остов структуры материала при температурах термодеструкции остается неподвижным. Дополнительную жесткость системе придает коксовый остаток, образующийся в результате химических превращений и связывающий элементы наполнителя в единое целое. [c.10] Небольшие размеры мйкропор материала (примерно 50—250 мкм), через которые проходят продукты деструкции, обусловливают низкие значения чисел Рейнольдса движущегося потока. Это позволяет считать в данной точке температуру продуктов деструкции равной температуре твердой фазы, т. е. Тд = Т. [c.11] При больших толщинах нагреваемых тел, малой их пористости, и в особенности при экранировании боковой поверхности, необходимо уравнения (1) и (2) дополнить уравнениями гидродинамики фильтрующихся газов. Поскольку в деталях с открытой поверхностью при толщине менее 0 мм н пористости 20—30% роль гидродинамических эффектов невелика, они в этой задаче не рассматриваются. [c.11] Образование большого числа пор и трещин вследствие удаления продуктов деструкции вызывает значительное увеличение термического сопротивления материала, а значит, уменьшение коэффициента теплопроводности. Кроме того, коэффициент теплопроводности стеклопластиков, как характеристика теплопроводности реагирующей среды, зависит в определенной степени от тепловых эффектов химической реакции и фазовых превращений. [c.12] При протекании процессов деструкции объемная теплоемкость материала также зависит от температуры и условий нагрева, как и тепловые эффекты превращений. Зависимость теплофизических свойств деструктирующих материалов от различных факторов проявляется, в частности, при определении их динамическими методами. Так, испытания образцов, проведенные с различными скоростями нагрева, дают разные значения теплофизических коэффициентов при одной и той же температуре. [c.12] Таким образом, теплофизические коэффициенты к другие параметры, определяющие процесс теплопереноса в данной задаче, являются сложными функциями температуры и закона ее изменения, который, в свою очередь, определяется уравнениями (I) и (2). [c.12] Функция Яр учитывает геометрические особенности структуры данного материала, в то время как функция р Т, t) характеризует кинетику процесса разложения. [c.13] Определению вида функции Я = Я(р) для различных типов стеклопластиков посвящена I глава. Во II и III главах содержатся сведения о термодеструкции и теплофизических свойствах стеклопластиков в условиях термодеструкции. Постановка и решение задачи о разупроче-нии стеклопластиков при неравномерном высокотемпературном нагреве рассмотрены в главе IV. [c.13] Поскольку структура стеклопластиков неоднородна, главные коэ( ициенты Я,, Ял, Ящ этих материалов являются осредненными, эквивалентными, учитывающими сложный процесс теплопроводности в массе наполнителя и связующего. Такие эквивалентные коэффициенты теплопроводности широко применяются в расчетах процессов теплопроводности в дисперсных и конструкционных материалах - Малые размеры и многочисленность стекловолокон при сравнительно равномерном распределении их в материале позволяют успешно использовать эквивалентные коэффициенты теплопроводности стеклопластиков в решении многих практических задач, если только речь не идет об исследовании температурного поля в масштабе одного отдельно взятого волокна или матрицы. В дальнейшем в целях сокращения слою эквивалентный в отношении коэффициента теплопроводности стеклопластика будем опускать. [c.15] Недостатком этих формул, а также формул, полученных для композиций на основе полых волокон , является неприменимость их к материалам со структурами более сложными, чем однонаправленный стеклопластик (стек-лотекстолиты, стеклопластики с объемным переплетением нитей и др.). [c.16] Вернуться к основной статье