Имитационное моделирование процесса теплопереноса с учетом структурного перехода в политетрафторэтилене | Статья в журнале «Молодой ученый»

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №8 (67) июнь-1 2014 г.

Дата публикации: 02.06.2014

Статья просмотрена: 14 раз

Библиографическое описание:

Шлыков С. А. Имитационное моделирование процесса теплопереноса с учетом структурного перехода в политетрафторэтилене // Молодой ученый. — 2014. — №8. — С. 309-312. — URL https://moluch.ru/archive/67/11429/ (дата обращения: 24.09.2018).

Метод процесса теплопереноса с учетом возможного структурного перехода в полимерном материале (ПМ) реализуется с помощью информационно-измерительной системы (ИИС) и основан на нестационарном распространении тепла от тонкого плоского круглого источника тепла постоянной мощности при регуляризации тепловых потоков на модели плоского полупространства [1, 2]. В методе осуществляется регистрация аномальных изменений теплофизических свойств (ТФС) исследуемых ПМ в областях структурных переходов [3–8].

Так, по модели плоского полупространства расчетное выражение, описывающее термограмму вне зоны структурного перехода, имеет вид [9]

,                                                                                (1)

где T1 — избыточная температура исследуемого изделия, °С;, e1, e2 — тепловые активности материалов исследуемого изделия и подложки зонда соответственно, Вт×с0,5/(м2×К); q — тепловой поток, мощность на единицу площади нагревателя, Вт/м2; t — время, с;

 — теплоемкость нагревателя на единицу площади, Дж/(м2×К).

После получения расчетных зависимостей, реализуемых ИИС, были введены следующие обозначения: e1 = e, e2 = e¢ и . Тогда уравнение (1) представляется в виде

,                                                                                                         (2)

где , , , — параметры ИИС, определяемые режимами опыта, ТФС исследуемого изделия и подложки зонда.

Из уравнения (2) получено соотношение для вычисления текущего значения коэффициента  по каждому интервалу термограммы [3–5]:

,                                                                                                                  (3)

где , ,

, ,

d1i — текущие значения параметра d1; d11, d12, e01, e02 — параметры d1 итепловые активности образцовых мер.

При расчете текущих значений коэффициентов , d1i и d0i полученную экспериментальную термограмму разбивали на интервалы с номерами точек 1… k; 2… k + 1; n — k + 1…n, где k — количество точек в интервале, целое положительное нечетное число(k ³ 3); n — количество точек в термограмме; i — номер интервала, целое число.

Имитационное моделирование процесса теплопереноса проводилось методом конечных элементов с использованием пакета прикладных программ COMSOL Multiphysics. Целью имитационного моделирования являлось выявление характера графических зависимостей  и  при структурном переходе в ПМ [10], в частности в политетрафторэтилен (ПТФЭ). Здесь Ts — средняя температура изделия из k текущих в каждом интервале измерений, К; d1i — текущие значения параметра модели, °С/c0,5; - текущее значение тепловой активности, Вт×с0,5/(м2×К).

Изменение теплоемкости ПТФЭ от температуры при наличии эндотермического структурного перехода в виде различных форм сигналов, представлено на рис. 1.

а)

б)

в)

г)

Рис. 1. Сигнал, возникающий при структурном переходе в ПТФЭ: а) треугольной формы; б) в форме параболы; в) прямоугольной формы; г) сложной формы

На рис. 2 представлены термограммы, полученные имитационным моделированием с учетом сигналов, которые проявляются на них при переходе. Условия опытов: радиус нагревателя 4×10–3 м; толщина изделия 7×10–3 м; мощность на нагревателе

0,7 Вт; временной шаг измерения температуры 0,5 с. Подложка зонда из пенополиуретана толщиной 20×10–3 м. Начальная температура изделия 270 К.

Из рис. 2 видно, что формы сигналов не влияют на термограмму. Также при реальной работе ИИС возникает шум, который проявляется на термограммах [11, 12].

Рис. 2. Термограммы с сигналами: 1) треугольной формы; 2) в форме параболы; 3) прямоугольной формы; 4) сложной формы

С помощью (3) построены графические зависимости  и , которые представлены на рис. 3 [8].

Рис. 3 Зависимости: а) ; б)

Таким образом, полученные данные численных расчетов, представленные на рис. 3, хорошо совпадают с результатами экспериментальных исследований, проведенных авторами на ПТФЭ [1]. При температуре структурного перехода 293 К эндотермический переход в ПТФЭ проявился аномальными изменениями на температурных зависимостях параметра модели (d1i) и тепловой активности ().

Литература:

1.         Балашов, А. А. Информационно-измерительная система неразрушающего контроля температурных характеристик структурных переходов в полимерах / А. А. Балашов, Н. П. Жуков, Н. Ф. Майникова // Приборы. — 2010. — № 12(126). — С. 53–57.

2.         Балашов, А. А. Проектирование информационно-измерительной системы для экспресс-контроля твердофазных переходов в полимерах / А. А. Балашов [и др.] // Современные информационные технологии. — 2012. № 15. — С. 19–21.

3.         Метод неразрушающего контроля температурных характеристик структурных переходов в полимерах / Н. П. Жуков, Н. Ф. Майникова, И. В. Рогов, А. А. Балашов // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В. И. Вернадского. — 2010. № 1–3. — С. 253–259.

4.         Об одном методе термического анализа для неразрушающего контроля теплофизических свойств полимеров / Н. Ф. Майникова, Ю. Л. Муромцев, И. В. Рогов, А. А. Балашов // Пластические массы. — 2001. № 2. — С. 30–33.

5.         Об одном методе исследования твердофазных переходов в полимерах / Н. Ф. Майникова, Ю. Л. Муромцев, Н. П. Жуков, А. А. Балашов // Пластические массы. — 2002. № 6. — С. 23–26.

6.         Неразрушающий способ исследований релаксационных переходов в полимерных материалах / Н. Ф. Майникова, А. А. Балашов, С. О. Васильев // Вестник ТГТУ. — 2014. Т. 20. № 1. — С. 34–41.

7.         Определение значений температуры твердофазных переходов в политетрафторэтилене неразрушающим способом / Н. Ф. Майникова, А. С. Медведева,

8.         Н. Ю. Тужилина, А. О. Антонов, С. В. Молодов, С. О. Васильев // Депонированная рукопись № 457–в2010 19.07.2010.

9.         Контроль температурно-временных характеристик структурных превращений в полимерных материалах / О. Н. Бардадымова, Д. С. Кацуба, О. Н. Попов, Н. Ф. Майникова // Успехи в химии и химической технологии. — 2011. Т. 25. № 2 (118). — С. 83–86.

10.     Моделирование процесса теплопереноса от плоского источника тепла при теплофизических измерениях / Ю. Л. Муромцев, Н. П. Жуков, Н. Ф. Майникова, И. В. Рогов, А. А. Балашов // Вестник ТГТУ. — 1999. Т. 5, № 4. — С. 543–552.

11.     Имитационное исследование теплопереноса в методе неразрушающего контроля структурных переходов в полимерах / Н. Ф. Майникова, Н. П. Жуков, А. А. Балашов, Д. Г. Бородавкин // Вестник ТГТУ. — 2008. Т. 14. № 2. — С. 315–320.

12.     Снижение шумов на термограмме при определении структурных переходов в полимерах // Д. С. Кацуба, Е. Н. Сысоева, Е. В. Токарева, А. Ю. Ярмизина, Д. А. Комбаров // Молодой ученый. — 2014. № 3 (62). — С. 293–297.

13.     Балашов, А. А. Реализация метрологического эксперимента в информационно-измерительной системе на политетрафторэтилене / А. А. Балашов, Д. С. Кацуба // Технические науки: теория и практика: материалы II Международ. науч. конф. (г. Чита, январь 2014 г.). — Чита: Издательство Молодой ученый, 2014. — С. 85–87.

Основные термины (генерируются автоматически): структурный переход, исследуемое изделие, треугольная форма, термограмма, тепловая активность, COMSOL, прямоугольная форма, плоское полупространство, имитационное моделирование, форма параболы.


Похожие статьи

Моделирование температурных полей при реализации метода...

где a1, l1, e1, a2, l2, e2 — соответственно температуропроводности, теплопроводности и тепловые активности материалов исследуемого тела и подложки ИЗ; r — координата; t — время. При определении условий адекватности модели сферического полупространства...

Построение и исследование имитационной модели системы...

Имитационной моделью системы является стохастическая сеть Петри. Для моделирования обработки заявок сервером 3 типов, в модель введены маркеры разной формы

Применение имитационной модели надежности при проектировании изделий ракетно-космической техники.

GeoGebra как средство решения стереометрических задач

Важно, чтобы ученик, глядя на плоский рисунок, мог

Применяя теорему Пифагора, построим прямоугольный треугольник, катет

Так как пирамида NSCD содержится в пирамиде SABCD, то не каждый ученик, даже смотря на 3D модель, сможет сразу увидеть и понять её форму.

Профессионально-ориентированное обучение математическому...

Жадько Н. А. Профессионально-ориентированное обучение математическому имитационному моделированию студентов

Если бы использовали скользящую среднюю с другим периодом скольжения, то это привело бы к изменению как амплитуды, так и формы сезонной волны.

Подсистема проектирования одежды промышленного...

Оптимизация параметров базовых основ и типовых базовых конструкций позволяет улучшить их внешний вид, повысить удобство и надежности в эксплуатации, снизить не менее чем на 0,5–1,0 % материалоемкость без каких-либо заметных изменений структуры внешней формы изделий.

Моделирование агрегации кластеров в золях | Статья в журнале...

Начало работ в области компьютерного моделирования роста фрактальных агрегатов

В зависимости от числа частиц, возникают агрегаты различной формы, но следует отметить, что

16. Якушова Н. Д., Димитров Д. Ц. Чувствительность переходов ZnO/ZnO:Fe к этанолу...

Численное моделирование трехмерных турбулентных струй...

В данной работе приводится метод расчета и некоторые численные результаты исследования трехмерных турбулентных струй реагирующих газов, вытекающих из сопла прямоугольной формы. Постановка задачи.

Исследование методов реконструкции трехмерных моделей...

На сегодняшний день существует три основных группы методов поверхностного моделирования трехмерных форм человеческого тела [1, 2]: создание

Входная модель имеет полигональную структуру: множество точек tij(xij, yij, zij), соединенных в треугольные полигоны pi = (ti1, ti2,ti3)...

Факторы выбора имитационного моделирования, как...

Следующей транспортной задачей, которую необходимо исследовать, является моделирование работы каждого причала в отдельности. Данный транспортный процесс также реализован с помощью имитационной модели (рис 5).

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Моделирование температурных полей при реализации метода...

где a1, l1, e1, a2, l2, e2 — соответственно температуропроводности, теплопроводности и тепловые активности материалов исследуемого тела и подложки ИЗ; r — координата; t — время. При определении условий адекватности модели сферического полупространства...

Построение и исследование имитационной модели системы...

Имитационной моделью системы является стохастическая сеть Петри. Для моделирования обработки заявок сервером 3 типов, в модель введены маркеры разной формы

Применение имитационной модели надежности при проектировании изделий ракетно-космической техники.

GeoGebra как средство решения стереометрических задач

Важно, чтобы ученик, глядя на плоский рисунок, мог

Применяя теорему Пифагора, построим прямоугольный треугольник, катет

Так как пирамида NSCD содержится в пирамиде SABCD, то не каждый ученик, даже смотря на 3D модель, сможет сразу увидеть и понять её форму.

Профессионально-ориентированное обучение математическому...

Жадько Н. А. Профессионально-ориентированное обучение математическому имитационному моделированию студентов

Если бы использовали скользящую среднюю с другим периодом скольжения, то это привело бы к изменению как амплитуды, так и формы сезонной волны.

Подсистема проектирования одежды промышленного...

Оптимизация параметров базовых основ и типовых базовых конструкций позволяет улучшить их внешний вид, повысить удобство и надежности в эксплуатации, снизить не менее чем на 0,5–1,0 % материалоемкость без каких-либо заметных изменений структуры внешней формы изделий.

Моделирование агрегации кластеров в золях | Статья в журнале...

Начало работ в области компьютерного моделирования роста фрактальных агрегатов

В зависимости от числа частиц, возникают агрегаты различной формы, но следует отметить, что

16. Якушова Н. Д., Димитров Д. Ц. Чувствительность переходов ZnO/ZnO:Fe к этанолу...

Численное моделирование трехмерных турбулентных струй...

В данной работе приводится метод расчета и некоторые численные результаты исследования трехмерных турбулентных струй реагирующих газов, вытекающих из сопла прямоугольной формы. Постановка задачи.

Исследование методов реконструкции трехмерных моделей...

На сегодняшний день существует три основных группы методов поверхностного моделирования трехмерных форм человеческого тела [1, 2]: создание

Входная модель имеет полигональную структуру: множество точек tij(xij, yij, zij), соединенных в треугольные полигоны pi = (ti1, ti2,ti3)...

Факторы выбора имитационного моделирования, как...

Следующей транспортной задачей, которую необходимо исследовать, является моделирование работы каждого причала в отдельности. Данный транспортный процесс также реализован с помощью имитационной модели (рис 5).

Задать вопрос