Henderson و همکاران [۳۵] دقت مدلشان را به وسیله مقایسه دمای نظری و تئوریک با پروفایل های دمایی اندازه گیری شده برای کامپوزیت شیشه/فنولیک تحت مجاورت فلاکس حرارتی بالا در زمان های بالای ۸۰۰ ثانیه ارزیابی کردند.
فلاکس حرارتی بالا برای ایجاد دمای به مقدار لازم و کافی بالا که منجر به تجزیه مشخص ماتریس پلیمری و ایجاد واکنش میان الیاف شیشه و ذغال، به کار برده می شود.
شکل ۲‑۱۴ مقادیر پروفایل دمایی های اندازه گیری شده و محاسبه شده رابا هم و در عمق‌های متفاوت در قطعات با ضخامت ۳ سانتی متر مقایسه می‌کند و تطابق خوبی مشاهده میشود.
شکل ۲‑۱۴: مقایسه تغییرات دمایی تئوری و ازمایشگاهی تعیین شده در نقاط مختلف در جهت ضخامت کامپوزیت فنولیک/الیاف شیشه تحت فلاکس حرارتی ۲۸۰٫توسط Henderson و همکاران
Henderson and wiecek [38] مدلی را پیشنهاد کردند که تاثیرات ترکیبی انبساط حرارتی کامپوزیت و همچنین گیر کردن گاز حاصل از تجزیه درکامپوزیت[۱۷۷] در فرایند آنالیز می‌کند. این امر باعث ایجاد بهبود کمی در اعتبار مدل در پیش بینی افزایش دما خواهد گذاشت.
مدلی که توسط Henserson و همکاران [۳۵] بهبود یافت. توسط Gibson و همکاران[۵۱] ساده‌سازی و برای پیش بینی قابلیت اشتعال کامپوزیت لایه‌ای GRP معرفی شد.
مدل به وسیله فرض اینکه واکنش شیشه – ذغال اتفاق نمی‌افتد ساده شد و بنابراین برای آتش‌هایی با فلاکس‌های حرارتی کمتر تقریبا ۱۲۵ ( یا ۲۵) قابل استفاده است.
این مدل در اصل برای پیش‌بینی قابلیت اشتعال پنل‌های GRP زمانیکه تحت مجاورت شعله‌ها و آتش‌های هیدروکربنی قرار می‌گیرند و همچنین از مواد افزودنی برای بهبود مقاومت اشتعال[۱۷۸] دیواره و کف راهور سازه های سکوهای حفاری دریایی[۱۷۹] استفاده می شود.
اخیرا از این مدل برای پیش بینی رفتار آتش کامپوزیت GRP لایه ای گرید دریایی تحت مجاورت آتش های سلولزی[۱۸۰] و فلاکس های حرارتی پایین تا متوسط (۱۰۰-۲۵) استفاده شده است. [۵۲]
همچنین Gibson و همکاران [۵۱] مدل ارائه شده توسط Henderson [35] را به وسیله فرض اینکه خواص انتقال گاز و حرارت در طول زمان تجزیه ماتریس پلیمری ثابت است، ساده‌سازی کرد. فرض شود که خواص هدایت حرارتی و گرمای به ویژه کامپوزیت با افزایش دما ثابت باقی خواهد ماند و مقادیر دمای محیط به صورت عمومی در آنالیز به کار می‌رود.
خواص حرارتی به وسیله آنالیز قانون اختلاط (ارائه شده در بخش ۵-۵) محاسبه می شود.
همچنین فرض می کنیم میزان و نرخ واکنش تجزیه را به وسیله معادله آرنیوس مرتبه اول[۱۸۱] که برای بسیاری از سیستم های پلیمری که در سازه های کامپوزیتی دریایی مانند پلی استرها، وینیل استرها و اپوکسی ها صادق است محاسبه می شود.
اگرچه این مدل کردن واکنش های تجزیه با مرتبه های بالاتر مثل رزین های فنولیک که طی فرایند چند مرحله ای تخریب می شود را دارد.
مدل ارائه شده به وسیله Gibson و همکاران [۵۱] قابلیت آنالیز ۳ نوع از مهمترین فرایندهای انتقال انرژی زمانیکه کامپوزیت در مجاورت شعله قرار می گیرد را دارد. این فرایندها عبارتند از : انتقال حرارت هدایتی در سرتاسر ماده (ضخامت) ، تجزیه گرماگیر ماتریس پلیمری، انتقال جرم جابه جایی محصولات ناپایدار از ناحیه واکنش به سطح داغ کامپوزیت.
این مدل به صورت یک معادله غیرخطی یک بعدی[۱۸۲] که این فرایندها را در خود جای می دهد و شبیه معادله(۲‑۹) است و گزارش شده است.
| برای دانلود متن کامل این پایان نامه به سایت jemo.ir مراجعه نمایید. |
ترم اول سمت راست ، معادله ای مرتبط با هدایت حرارتی ناپایدار[۱۸۳] در سرتاسر ضخامت کامپوزیت است. ترم آخر، ترم تجزیه گرماگیر است که نشان دهنده نرخ واکنش تجزیه ماتریس پلیمری است.
به وسیله حل متناوب و تکراری معادله به وسیله افزایش دما زمانیکه کامپوزیت شعله گرم میشود، محاسبه خواص شعله زیر امکان پذیر خواهد بود: زمان شروع احتراق، نرخ افت جرم و تشکیل جسم زغال. همچنین مدل می تواند به وسیله آنالیز المان محدود[۱۸۴] حل شود. [۵۳, ۵۴]
همانند مدل ارائه شده توسط Henderson [35]، معادله ۸-۵ گزارش ویژه ای از تشکیل جسم ذغال نمی دهد که اعتقاد بر این است که در طولانی مدت سودمند است یا در حقیقت الیاف قرارگرفته در سطح داغ لایه به صورت پیشرونده ای بعد از یک مدت تحت مجاورت شعله قرار گرفتن تخریب خواهد شد.
با این وجود، دقت مدل در تعیین قابلیت اشتعال[۱۸۵] بسیاری از انواع کامپوزیت های لایه ای قابل اثبات است [۵۱-۵۵]. شکل ۲‑۱۵ یک مقایسه میان نمودار دماهای اندازه گیری شده و محاسبه شده به عنوان تابعی از زمان برای کامپوزیت شیشه /پلی استر تحت مجاورت شعله هیدروکربنی نشان می‌دهد.
شکل ۲‑۱۵:مقایسه تغییرات دمایی تئوری و ازمایشگاهی تعیین شده در نقاط مختلف کامپوزیت فنولیک/الیاف شیشه تحت مجاورت فلاکس حرارتی ۲۸۰٫توسط Florio و همکاران
ترم نشان دهنده فاصله تا سطح داغ (x) تقسیم بر ضخامت قطعه (L) می باشد که در این مورد ۹/۱۰ میلی‌متر است.
دماها در سطح داغ، در فاصله‌های سرتاسر ضخامت کامپوزیت، در نیمه کامپوزیت و در سطح سرد، تعیین خواهد شد. تطابق فوق العاده‌ای میان دمای پیش‌بینی شده و آزمایشگاهی وجود دارد.
Mourtitz و همکاران [۵۲] اخیرا نشان دادند که این مدل می تواند به صورت دقیق میتواند زمان شروع به احتراق ، افت جرم، نرخ افت جرم و رش جسم ذغال در کامپوزیت لایه ای GRP را پیش بینی کند.
مدل مهم دیگر که برای پیش بینی قابلیت اشتعال یک کامپوزیت در حال تجزیه ، به وسیله Florio ، Henderson ، Test وHariharan [40] معرفی شد. این مدل بر اساس کار اصلی توسط Henderson و همکاران [۳۵, ۳۸] ساخته شد. این مدل تنها به توصیف فرایندهای هدایت حرارتی، گرمای جابه جایی حاصل از جریان گازهای تجزیه و پیرولیز نمی پردازد بلکه شامل تاثیر فرایندهای دیگر انبساط حرارتی و افزایش فشار داخلی حاصل از تشکیل گازهای ناپایدار نیز میشود. Florio و همکاران [۴۰] یک تعریف کلی ازمدل اثبات شده را ارائه کردند و معادله کامل تعادل انرژی (Full energy –balance eq) به صورت زیر نشان داده شده:
