شبیه سازی پاسخ گرمایی عایق های فداشونده فراسبک متخلخل بر پایه ایروژل های کربنی

فرضیه: در سال های اخیر، فداشونده های متخلخل کربن-فنولی، به دلیل قابلیت مهندسی ساختاری و تنظیم چگالی به منظور دستیابی به تعادل میان پایداری فداشوندگی و کارایی عایقی در شرایط گرمایی-آئرودینامیکی برای ماموریت های فضایی ویژه مورد توجه قرار گرفته اند. ایروژل های کربنی آغشته به رزین فنولی با ساختار شبکه ا ی سه بعدی نانومتخلخل و به هم پیوسته، چگالی بسیار کم و خواص عایقی ویژه، نمونه ای جدید از فداشونده های کربن-فنولی سبک هستند. توسعه مدل های ریاضی و ابزارهای شبیه سازی متناسب با ساختار عایق های فداشونده، با هدف پیش بینی توزیع دما و چگالی در عمق فداشونده و تعیین ضخامت مناسب آن ها انجام می گیرد.روش ها: در این پژوهش، نمونه هایی نوین از کامپوزیت های فراسبک کربن-فنولی بر پایه ایروژل های کربنی با چگالی کم در محدوده ۰.۳۶ تا ۰.۷۶g/cm۳ ساخته شدند. پس از تعریف مدل ریاضی برای پیش بینی توزیع دما و چگالی عمقی فداشونده ها، داده های ورودی مدل مانند پارامترهای سینتیکی تخریب گرمایی و خواص ترموفیزیکی نمونه ها با استفاده از آزمون گرماوزن سنجی و پسروی سطحی تخمین زده شدند. همچنین ریزساختار فداشونده با استفاده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی حین فدایش بررسی شد. سپس شبیه سازی فرایند فداشدن عایق های گرمایی تهیه شده با نرم افزار تجاری Comsol Multiphysics انجام شد. یافته ها: مقایسه نتایج شبیه سازی و آزمون های تجربی حاکی از پیش بینی مطلوب رفتار گرمایی فداشونده های بر پایه ایروژل کربنی آغشته به رزین فنولی با استفاده از برنامه رایانه ای نام برده بود. بر پایه نتایج تجربی و مدل ریاضی کاهش چگالی رزین و سبک سازی فداشونده متخلخل سبب رخداد پدیده ی فدایش عمقی شده در حالی که برای فداشونده سنگین تر پیرولیز و فدایش در ناحیه سطحی اتفاق می افتد. با استفاده از مدل ریاضی نام برده و شبیه سازی انجام شده می توان برای هر شرایط کاربری مدنظر چگالی و ضخامت مورد نیاز عایق گرمایی را تخمین زد.

کلیدواژه ها:

فداشونده متخلخل کامپوزیتی ، ایروژل کربنی ، فداشوندگی ، رزین های فنولی ، خواص عایقی