МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению домашнего задания по дисциплине
«Теплофизические процессы в конструкциях
из композиционных материалов» и
«Теплоперенос в композиционных материалах»
Цель работы: Разработать расчетную схему для определения температурного состояния заданной конструкции.
При подготовке домашнего задания целесообразно выделить следующие этапы разработки расчетной схемы:
1. Анализ конструктивной схемы объекта строится на основе сведений, заимствованных из литературы, сопровождается рисунками, выделением наиболее ответственных элементов конструкции, описанием применяемых материалов и покрытий, способов их соединения. Приводится информация об условиях работы и тепловых режимах конструкций. По завершении анализа необходимо указать возможные причины нарушения работоспособности объекта, имеющие тепловую природу:
– превышение допустимых значений температуры в каких-либо точках конструкции;
– появление запредельных перепадов температуры;
– возникновение недопустимо больших проникающих тепловых потоков.
2. Постановка задачи (физическая модель процесса) включает перечень допущений об условиях теплообмена, сопровождается схематическим изображением объекта исследования и декомпозицией сложной конструкции на отдельные элементы. При составлении перечня допущений следует ответить на следующие вопросы:
2.1. Каков характер тепловых нагрузок, каковы условия теплообмена на границах исследуемого объекта:
– тепло подводится (отводится) путем излучения (конвекции); в результате контакта с более (менее) нагретым телом; комбинированным путем?
– нагревание равномерное (неравномерное); неравномерное, но осесимметричное?
– условия теплообмена меняются во времени?
2.2. Какова форма исследуемого объекта и соотношение между его геометрическими размерами:
– сложная или каноническая (пластина, цилиндр, шар)?
– можно ли мысленно выделить из общей конструкции элементы канонической формы (пластина, цилиндр, шар)?
– можно ли считать объект термически тонким или полубесконечным телом?
2.3. Какова температура окружающей среды?
2.4. Каков ожидаемый диапазон изменения рабочих температур?
2.5. Происходят ли в материале объекта необратимые физико-химические и структурные превращения?
2.6. Допустимо ли пренебрегать изменением теплофизических свойств в ожидаемом диапазоне температур?
2.7. Материал объекта изотропный, ортотропный, анизотропный?
2.8. Зависят ли оптические свойства материала от длины волны излучения?
3. Формулировка математической модели представляет описание процесса теплообмена системой уравнений. Система уравнений должна отвечать принятым в п.2 допущениям о характере процесса теплообмена: одномерный – многомерный, стационарный – нестационарный и т. д.
Уравнения теплового процесса такие, как уравнения теплопроводности или переноса излучения должны дополняться условиями однозначности (начальными, граничными, геометрическими, физическими).
4. Выбор метода решения подчиняется принятой в п.3 структуре математической модели и учитывает ее особенности – линейная, нелинейная и т.д.
ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ
Домашнее задание оформляется в соответствии с требованиями ГОСТ к рукописям научных работ.
Текст готовится в формате Microsoft Word с использованием шрифта Times New Roman Cyr размером 14 пт.; интервал между строк – 1,5. Отступ в начале строки – 1 см (5 знаков). Поля: слева – 35 мм, справа – 15 мм, вверху и внизу – 20 мм.
Текст выравнивается по ширине, слова в тексте из строчных (маленьких) букв переносятся.
Разделы, параграфы и пункты нумеруются арабскими цифрами, отделяются от заголовков точкой. Заголовки разделов выполняются заглавными (большими) буквами, параграфов – строчными буквами и располагаются симметрично на странице без отступа слева. Слова в заголовках не переносятся. Точка в конце заголовка не ставится! Например:
1. УСТРОЙСТВО И ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫПЛИТОЧНОЙ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫВОЗДУШНО-КОСМИЧЕСКИХ САМОЛЕТОВ
1.3. Теплофизические свойства волокнистых теплоизоляторов
Рисунки выполняются с помощью ЭВМ или копировального оборудования. Каждый рисунок должен иметь номер и подпись, поясняющую содержание, которая располагается симметрично под рисунком.
Номера страниц проставляются в правом верхнем углу страницы без точки и черточек, начиная со второй страницы. Титульный лист является первым, но не нумеруется!
Номера формул указываются в круглых скобках с правой стороны листа.
Таблицы имеют сквозную нумерацию. Название таблицы помещается над ее верхним краем без отступа слева. Номер таблицы вместе со словом «таблица», помещается в выше подписи в правой половине листа
Пример:
Таблица 3
Теплофизические свойства материала Гравимол
| Температура, К | Коэф. теплопроводности, λ, Вт/(м·К) | Удельная теплоемкость, cp Дж/(кг·К) |
Ссылки на литературу по тексту приводятся в косых скобках, например: /1/ или /1, 4–6/ и т.д.
Список использованных источников составляется в порядке цитирования, ссылки даются по ГОСТ 7.1–84.
Образец оформления прилагается.
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана
(национальный исследовательский университет)»
Кафедра «Ракетно-космические композитные конструкции» СМ-13
Домашнее задание по дисциплине
«Теплофизические процессы в конструкциях
из композиционных материалов»
РАЗРАБОТКА РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО СОСТОЯНИЯ ПЛИТОЧНОГО ТЕПЛОЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ ВОЗДУШНО-КОСМИЧЕСКОГО САМОЛЕТА
| Студент группы СМ13–101 Иванов И.И. | |
| Преподаватель Денисов О.В. |
Москва 2017
СОДЕРЖАНИЕ
| Стр. | |
| ВВЕДЕНИЕ................................................................................... | |
| 1. УСТРОЙСТВО И ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫПЛИТОЧНОГО ТЕПЛОЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ ВОЗДУШНО-КОСМИЧЕСКОГО САМОЛЕТА......................... | |
| 1.1. Конструктивная схема плиточной тепловой защиты............... | |
| 1.2. Теплофизические свойства волокнистых теплоизоляторов..... | |
| 2. РАЗРАБОТКА РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ…………………………. 2.2. Геометрическая модель объекта........................................... 2.2. Физическая модель теплообмена....................................................................................................... 2.2. Физическая модель теплообмена....................................................................................................... 2.2. Физическая модель теплообмена.......................................... | |
| 2.3. Математическая модель теплообмена................................... | |
| 2.4. Выбор метода решения......................................................... | |
| СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ..................... |
Рис. 1. Плиточное теплозащитное покрытие ВКС "Space Shuttle":
1 – плитка LRSI из керамики "LI-900"; 2, 4 – боросиликатное
покрытие "RCG", белое (2) и черное (4); 3 – плитка HRSI
из керамики "LI-900" или "LI-2200"; 5 – компенсатор напряжений из "Nomex"; 6 – силовой корпус; 7 – заполнитель из "Nomex";
8 – клей-герметик "RTV-560"
Рис. 2. Геометрическая модель задачи радиационно-кондуктивного
теплообмена многослойной конструкции