Skip to main content
SUPERVISOR
Masoud Haghshenas fard,Mohsen Nasresfahany
مسعود حق شناس فرد (استاد راهنما) محسن نصراصفهانی (استاد مشاور)
 
STUDENT
EBRAHIM KIANZAD
ابراهیم کیانزاد

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Numerical analysis of ablation behavior of carbon/carbon composites and graphite by Computation Fluid Dynamics
Protection of the missile and flying systems and space structures against thermal shocks resulted from abrupt heating actions, is one of the most important issues in the space and aerospace industry that highly ensures us a safe mission to every corners of the earth and also distant cosmic points. A successful re-entry of aerospace vehicles highly depend on the thermal protection of their structures against aerodynamic heating. passive thermal insulators especially ablative composites are more effective and economic than others. In order to protect aerospace vehicles against thermal shocks of re-entry, ablative composites usually are used. These thermal insulators must have special thermal and mechanical properties and also their manufacture process must be routine. In the current work a simple model of thermal shield is presented, and the effects of different parameters such as surface temperature, flow velocity, and ambient pressure on the oxidation behavior of the graphite are investigated using computational fluid dynamics. A 2D model of a rectangular chamber containing a graphite bullet is considered that flow of oxygen is blown over it. Geometry and meshing of the chamber is defined by Gambit and simulation is carried out using Fluent software. The CFD results show that graphite weight loss rate increases by increasing temperature (up to 1800 ° C) but at 2000 ° C this trend changes and weight loss rate decreases upon further increase of temperature. By increasing the pressure, flow velocity, and also changing other effective parameters such as graphite geometry and oxygen purity, the numerical results had a good coincidence with the experimental data. It was also tried to determine the effect of the composite material on the ablation rate and length of the sample recession. Generally using the current model, one can predict the graphite weight loss rate, ablation behavior of graphite, and the effect of the various parameters. Keywords : Computational Fluid Dynamics, Ablation, graphite Bullet, Weight loss rate, Recession length
از مهم‌ترین مسائل در صنایع فضایی و هوافضا برای دسترسی به‌تمامی نقاط کره زمین و نقاط بسیار دور در فضاهای کیهانی، حفاظت حرارتی سازه‌های فضایی و سامانه‌های پرتابی و پرنده در برابر شوک‌های حرارتی ناشی از گرمایش ناگهانی است. بازگشت موفقیت آمیز دستگاه‌های پرنده هوافضایی به جو زمین بستگی زیادی به حفاظت حرارتی سازه آن‌ها در برابر گرمایش آئرودینامیکی دارد که برای این کار استفاده از عایق‌های حرارتی غیر فعال، به ویژه کامپوزیت‌های فدا شونده نسبت به دیگر روش‌ها موثرتر و به صرفه تر است. برای حفاظت حرارتی سامانه‌های برگشت پذیر به جو زمین در برابر شوک‌های حرارتی ناگهانی که هنگام برخورد با جو زمین با آن مواجه می‌شوند، معمولا از کامپوزیت‌های فداشونده استفاده می‌شود. این عایق‌های فدا شونده می‌بایست خواص مکانیکی و حرارتی ویژه‌ای را دارا بوده، به راحتی قابل فرایند و ساخت باشند. در این تحقیق سعی شده است یک مدل ساده از یک سپر حرارتی ارائه شود. در این پژوهش اثر پارامترهای مهمی چون دمای سطح، سرعت جریان، فشار محفظه بر روی رفتار اکسیداسیون گرافیت، به کمک دینامیک سیالات محاسباتی موردبررسی قرار گرفته است. بدین منظور یک مدل دوبعدی از یک محفظه مستطیلی حاوی یک گلوله گرافیتی که جریان اکسیژن به روی آن دمیده می‌شود، در نظر گرفته‌شده است. برای هندسه و شبکه بندی محفظه از نرم افزار گمبیت و برای شبیه سازی از نرم افزار فلوئنت استفاده شده است. نتایج محاسبه‌شده نشان می‌دهد که نرخ کم شدن وزن گرافیت با افزایش دما (تا C°1800) تقریباً روند افزایشی یکسانی داشته است ولی در دمای °C 2000 این روند تغییر کرده است و نرخ کاهش وزن گرافیت کاهش‌یافته است. با افزایش فشار و سرعت جریان و همچنین تغییر دادن سایر پارامترهای مؤثر مثل هندسه گرافیت و خلوص اکسیژن نتایج به‌دست‌آمده از حل عددی مطابقت خوبی با داده‌های آزمایشگاهی دارد. همچنین سعی شده است اثر جنس کامپوزیت بر روی نرخ فدا شوندگی و طول پس رفت نمونه بررسی گردد. به‌طورکلی می‌توان از مدل ارائه‌شده در این تحقیق برای پیش‌بینی نرخ کم شدن وزن گرافیت و رفتار فدا شوندگی گرافیت و همچنین تأثیر پارامترهای مؤثر در آن استفاده کرد. کلمات کلیدی: دینامیک سیالات محاسباتی، فدا شوندگی، گلوله گرافیتی، نرخ کاهش وزن، طول پسرفت

ارتقاء امنیت وب با وف بومی