حل عددی عایق فناشونده و کاهش دمای آن با استفاده از مفهوم چاه حرارتی

اولین راه‌کار برای افزایش بهره‌وری وسائل فضایی کاهش وزن آن است که سبب افزایش سرعت و محدودة پروازی می‌شود. با توجه به اینکه بدنه این وسائل محدودة دمایی خاصی را تحمل می‌کند استفاده از سیستم‌های حفاظت حرارتی، که برای افزایش وزن سازه در شرایط بهینه طراحی شده‌اند، ضروری است. در این مقاله، عایق حرارتی با چاه حرارتی به‌عنوان شرط مرزی بدنه در نظر گرفته شده است تا بتوان دمای بدنه را کاهش داد. برای این‌منظور معادلات هدایت حرارتی گذرا در سیستم مختصات منحنی‌الخط نوشته شده و برای انواع هندسة وسائل فضایی متقارن محوری توسعه داده شده است. جنس عایق فناشونده، گرافیت فرض شده و از آثار لایة پیرولیز صرف‌نظر شده است. معادلات با استفاده از روش اختلاف محدود گسسته و دستگاه معادلات حاکم با استفاده از روش ضمنی با جهت متغیر حل شده است. سپس تأثیر چاه حرارتی با ضخامت مختلف بر دمای بدنه بررسی شده است. نتایج حل عددی با نتایج حل دقیق مقایسه و مشاهده می‌شود اختلاف آنها در تمام زمان‌ها کمتر از 2 درصد است. برای کاهش دمای بدنه از مفهوم چاه حرارتی استفاده شده و نتایج نشان می‌دهد که چاه حرارتی 10 تا 24 درصد از دمای بدنه (بسته به ضخامت چاه حرارتی) کاهش می‌دهد.