Введение к работе
Актуальность проблемы. Среди многих используемых композиционных материалов в качестве основы неразрушающейся многоразовой теплозащиты наибольшее применение нашли композиционные углерод-углерод, углеграфитовые, кремнезёмно-содержащие теплоизоляционные материалы. Исследованием теплофизических свойств данных материалов занимаются ряд зарубежных фирм (Американский институт авиации и астронавтики (АІАА)), Научно-исследовательский центр им.Эймса отделение Aerotherm (NASA), General Electric, McDonnell Douglas, Lockheed, Hitco), исследования проводятся и в отечественных научных центрах (ИВТ РАН, ЦАГИ им. Жуковского, ЦНИИ MB, МАИ и др.).
Существующие экспериментальные данные по тепло-физическим свойствам неразрушающихся теплозащитных материалов ограничены как по числу изученных объектов, гак и по верхнему пределу исследованных температур. Даже для относительно хорошо изученных материалов результаты исследований различных авторов значительно отличаются. Это связано как с различными технологиями получения объектов исследования, так и с различными условиями эксперимента и трудностями в измерении температур 1500 - 3000К.
Цель работы.
Разработка методики и автоматизированного теплофизического информационно-измерительного комплекса для совместного определения спектральных и интегральных излучательных характеристик неразрушающихся теплозащитных материалов.
В задачи работы входило:
1.Разработка методики проведения совместных измерений спектральных и интегральных излучательных характеристик неразрушающихся теплозащитных материалов.
2.Разработка методов полихроматической пирометрии для определения истинной температуры исследуемых образцов во время проведения тепло-физического эксперимента.
3.Исследование влияния реализованной модели абсолютно чёрного тела (АЧТ) на точность определения спектральной и интегральной излучательных способностей исследуемых образцов.
4.Разработка и создание автоматизированного теплофизического информационно-измерительного комплекса, предназначенного для систематических экспериментов на теплофизической установке ВУТС-1 по исследованию спектральных и интегральных излучательных характеристик неразрушающихся теплозащитных материалов.
5.Разработка программного обеспечения тепло-физического эксперимента по определению спектральной и интегральной излучательных способностей образцов, позволяющего проводить первичную обработку данных эксперимента во время его проведения (в реальном режиме времени), проводить статистическую обработку полученной в экспериментах информации.
6.Апробирование разработанных методик и автоматизированного теплофизического информационно-
5 измерительного комплекса на промышленных образцах неразрущающихся теплозащитных материалов.
Новизна исследований и научных результатов.
Разработан и' создан автоматизированный тепло-физический информационно-измерительный комплекс, позволяющий проводить систематические эксперименты на установке ВУТС-1 по исследованию спектральных и интегральных излучательных характеристик неразрушающихся теплозащитных материалов.
Разработаны методики проведения совместных измерений спектральных и интегральных излучательных характеристик неразрушающихся теплозащитных материалов.
Разработаны методы полихроматической' пирометрии для определения истинной "температуры исследуемых образцов во время проведения теплофизического эксперимента.
Получены экспериментальные результаты по влиянию реализованной модели АЧТ на точность определения спектральных и интегральных излучательных характеристик .
Исследован процесс охлаждения образцов и получены экспериментальные данные по спектральным и интегральным нормальным излучательным способностям двух классов промышленных образцов неразрушающихся теплозащитных материалов: боросиликатного покрытия на теплоизоляционной подложке, выполненной из " кремнезёмного волокна и покрытия на углерод-углеродном композиционном материале.
Впервые получены экспериментальные данные по влиянию многократных температурных нагружений на интегральную нормальную излучательную способность промышленных образцов неразрушающихся теплозащитных материалов - покрытий на углерод-углеродном композиционном материале.
Методической и технической новизной отличается использование тестовых методов повышения точности результатов измерений при исследовании излучательных характеристик неразрушающихся теплозащитных материалов.
Обоснованность и достоверность научных результатов обеспечивается: применением современных измерительной аппаратуры и вычислительных средств; корректным использованием методов расчёта теплофизических параметров, не противоречащих основным положениям теории излучения нагретых тел; хорошей повторяемостью результатов при многократных измерениях (некоторые характеристики исследуемых образцов измерялись десятки раз); количественным согласием полученных данных по излучательным характеристикам исследуемых материалов и кварцевых стёкол в широком ИК-диапазоне и температурном интервале с работами других авторов.
Практическая значимость результатов работы заключается в получении обобщающих зависимостей по спектральным и интегральным излучательным способностям двух классов промышленных образцов неразрушающихся теплозащитных материалов. Полученные результаты могут быть использованы в справочно-
7 методической литературе по композиционным материалам. Разработанный автоматизированный теплофизический информационно-измерительный комплекс позволяет проводить эксперименты по исследованию излучательных характеристик большого класса частично прозрачных материалов (различные композиционные материалы, кварцевые стёкла, стеклокерамика), разрабатывать новые и улучшать известные методы полихроматической пирометрии ло определению истинной температуры исследуемых образцов во время проведения теплофизического эксперимента.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на научно-технических конференциях МГУЛ в 1984-1996 гг., на VI, VII, VIII и IX Всесоюзных школах-семинарах "Современные проблемы гидродинамики и теплообмена и пути повышения эффективности энергетических установок" в 1987, 1989, 1991, 1993 гг.
Материалы диссертации обсуждались на научно-технической конференции "Внедрение автоматизированных систем и вычислительной техники - средство ускорения научно-технического прогресса" (г. Мытищи, 1988 г.), на V Всесоюзной школе молодых ученых и специалистов "Современные проблемы теплофизики" Института Теплофизики Сибирского отделения АН РФ (Новосибирск, 1989 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, 8 рукописных работ (отчёты о научно-исследовательской работе МГУЛ).
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка исполь-
8 зуемой..--литературы. Общий объем диссертации 127 страниц, ' включающий 35 рисунков и 6 таблиц. Список литературы содержит 85 наименований.