مدل سازی انتقال حرارت ترکیبی هدایت-تشعشع در عایق چندلایه در یک سیستم حفاظت حرارتی

در این تحقیق مدل سازی انتقال حرارت ترکیبی هدایت-تابش در عایق چندلایه در یک سیستم حفاظت حرارتی انجام شده است.معادلات حاکم بر مسئله انتگرالی-دیفرانسیلی هستند و حل دقیق ندارند. به همین دلیل برای این شبیه سازی از حل عددی به همراه حل های تقریبی استفاده شده است. معادلات حاکم اصلی شامل معادله ی انرژی و معادلات دوشار می باشند، که به ترتیب با استفاده از روش های حجم محدود و اختلاف محدود گسسته سازی شده اند. حل عددی ابتدا با حل اوزیسیک و سپس در دومرحله ی پایا و گذرا با داده های منتشرشده ی تجربی صحت سنجی شده است.با استفاده از حل پایا، شار حرارتی و رسانش حرارتی معادل به دست آمده است. با استفاده از حل بی بعد توزیع دمای بی بعد درحالت پایا در طول نمونه به دست آمده است، هم چنین نسبت شار های بی بعد تابشی و هدایتی در طول نمونه به دست آمده است. در مجاورت مرز گرم شار تابشی غالب است، بنابراین پیشنهاد شده است، بازتاباننده ها نزدیک به مرز گرم قرار گیرند. برای اختلاف دماهای پایین، مد غالب هدایت است، بنابراین تعداد بازتاباننده ها در عایق چندان بر رسانش معادل تاثیرگذار نیست. در حل گذرا تغییرات دمای سازه ی داخلی یک فضاپیما نسبت به زمان در طول فرآیند بازگشت به جو شبیه سازی و با داده های تجربی مقایسه شده است. مجموعا در هر سه مرحله ی صحت سنجی نتایج حل عددی تطبیق قابل قبولی با داده های منتشرشده در مراجع دارند. در آخر نیز با استفاده از نتایج به دست آمده، تحلیل پارامتریک برای عایق چندلایه انجام شده است. اثر پارامترهایی چون ضخامت عایق، بازتاباننده ها و جاگذاری آن ها و نوع پوشششان بررسی شده است. با توجه به رفتار شار تابشی در طول عایق، پیشنهاد شده است که برای کاهش هزینه، فقط برای فویل های نزدیک به مرز گرم از پوشش طلا استفاده شود. هم چنین مشخص شده است چگالی عایق یک مقدار بهینه دارد و این مقدار بهینه با ثابت بودن شرایط مرزی و مواد به کار رفته در عایق ثابت می ماند.