تحقیق دانشگاهی – آنالیز و مدلسازی انتقال حرارت- قسمت ۸

تحقیق دانشگاهی – 
آنالیز و مدلسازی انتقال حرارت- قسمت ۸

Qp : گرمای پیرولیز (که به صورت آزمایشگاهی بایست محاسبه شود.)
در این آنالیز ، انتقال انرژی به وسیله جابه جایی فرض می شود که ناچیز است و گازهای ناپایدار تولید شده فرض میشود به وسیله واکنش پیرولیز سریع از کامپوزیت دفع می شوند و بنابراین بر روی دما اثر نخواهند گذاشت.
Pering و همکاران [۴۷] توانستند به طور دقیق افت جرم[۱۶۰] در کامپوزیت های لایه ای در شعله را به وسیله این مدل تحقیق بزنند.
شکل ‏۲‑۱۳ تاثیر افزایش زمان گرمایش بر روی افت جرم نرمالایزه شده درکامپوزیت کربن/ اپوکسی در طول مدت تماس با شعله های گاز در دمای ۵۴۰ درجه سانتی گراد نشان می دهد.
شکل ‏۲‑۱۳:مقایسه میان افت جرم تئوری و مدل محاسباتی در کامپوزیت لایه ای اپوکسی/کربن تحت شعله با دمای ۵۴۰ درجه سانتیگراد.توسط pering و همکاران[۴۷]
افت جرم نرمالایزه شده، نشان دهنده افت جرم ماتریس پلیمری ناشی از پیرولیز تقسیم بر جرم اصلی ماتریس پلیمری است.
بعد از یک مدت و بازه زمان خیلی کوتاه اولیه که هیچگونه افت وزن و جرمی نداریم، افت جرم نرمالایز شده با زمان سریعا افزایش خواهد یافت و ماتریس به مواد ناپایدار و مقدار کمی ذغال باقی مانده ، تجزیه حرارتی شده است.
این نمودار افت جرم بعد از اینکه ماتریس کاملا مصرف شد سریعا به حالت پایدار و ثابت در خواهد آمد.
نقاط داده در نمودار نشان دهنده افت جرم اندازه گیری شده به صورت نظری توسط معادله ۴-۵ است و با مشاهدات تطابق خوبی دارد.
به مدت زمان کوتاهی بعد از کار Pring و همکاران [۴۷]، Henderson و همکاران [۳۵] یک مدل بسیار پیچیده‌تر که فرایندهای هدایت حرارت، پیرولیز و نفوذ گازهای تجزیه را توصیف می کرد، ارائه کردند.
فرایند هدایت حرارت به وسیله تئوری انتقال حرارت یک بعدی مدل می شود، اگرچه یکی از آنالیز منحصر به فرد آنالیز، این است که میزان هدایت حرارتی ناشی از تغییرات هدایت حرارت عرضی[۱۶۱] لایه با افزایش دما در نظر گرفته می شود.
نفوذ گازهای تجزیه از طرف ناحیه واکنش میان لایه های قرار گرفته درمیان ساختار ذغال به سطح ذغال و یا سطح آتش به وسیله کاربرد تئوری انتقال جرم جابه جایی[۱۶۲] آنالیز می شود.
در پایان، واکنش های تجزیه به وسیله تئوری میزان سینیتیک تک بعدی و چند بعدی[۱۶۳] مدل خواهد شد.
یکی دیگر از ویژگی های منحصر به فرد مدل، واکنش تجزیه ماتریس پلیمر همچنین واکنش کربن-سیلیکا که می توانند میان جسم ذغال و الیاف شیشه در دماهای بالاتر می تواند اتفاق بیفتد هر دو قابلیت آنالیز به وسیله مدل را دارند.
Henderson و همکاران [۳۵] مدل خود را بر اساس کارهای نظری انجام شده بر روی پاسخ حرارتی و تجزیه چوب به ویژه مدل های ارائه شده توسط kung[48]وkansa و همکاران [۴۹]، ارائه کردند.
معادله یک بعدی زیر به وسیله Henderson و همکاران برای پیش‌بینی پاسخ حرارتی کامپوزیت لایه‌ای تقویت شده با شیشه، ارائه و اثبات شد:

برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت  fotka.ir  مراجعه نمایید.

(‏۲‑۹)

i : به ترتیب برابر با ۱و۲ است برای تجزیه ماتریس و واکنش کربن – سیلیکا
k : مقدار هدایت حرارتی ماده در جهت عرضی و ضخامت
ترم اول درست است رابطه، معادله ای است که تاثیر هدایت حرارتی را توصیف می کند. ترم دوم برای هدایت حرارتی استفاده می شود. گرچه این معادله تاثیرات تغییرات هدایت حرارتی عرضی[۱۶۴] وعمودی بر روی میزان هدایت حرارتی را توصیف میکند.
هدایت حرارتی تابع دما و میزان واکنش تجزیه است. به هر حال محاسبه تئوریک و نظری تغییرات هدایت حرارتی با دما امکان پذیر نیست و بنابراین این ترم بایست به صورت آزمایشگاهی در محدوده دمایی موردنظر اندازه گیری شود.
در بخش بعد اطلاعات بیشتری در مورد تاثیر دما بر روی هدایت حرارتی و چگونگی تعیین آن خواهیم گفت.
ترم سوم در معادله(‏۲‑۹)، انرژی حرارتی جابه جایی داخلی[۱۶۵] توصیف می کند که موجب جریان گازهای داغ واکنش تجزیه از میان ساختار جسم ذغال می شود. این فرایند یک تاثیر خنک کنندگی بر روی لایه دارد و بنابراین این ترم منفی می باشد. ترم آخر میزان گرمای تولید شده[۱۶۶] یا گرمای مصرف شده[۱۶۷] حاصل از تجزیه ماتریس و واکنش الیاف شیشه – ذغال می باشد. که در این ترم گرمای تجزیه ، h آنتالپی فاز جامد و hg آنتالپی گازهای ناپایدار است.
زمانیکه واکنش گرماگیر باشد و گرما جذب شود این ترم منفی و زمانیکه واکنش گرمازا باشد این ترم مثبت است.
در ترم آخر، میزان واکنش تجزیه به وسیله میزان افت جرم و استفاده از معادله نرخ سینتیک آرنیوس[۱۶۸] تعیین می شود:

مدیر سایت

(‏۲‑۱۰)