Оценка теплоты разложения материала

Дополнительно интересуют теоретические способы оценки.

Можно ли оценить теплоту разложения через известную энтальпию исходного материала и энтальпию или другие энергетические параметры продуктов разложения при известных термодинамических параметрах?

Термодинамику подзабыл основательно (((

_B1_> Можно ли оценить теплоту разложения через известную энтальпию исходного материала и энтальпию или другие энергетические параметры продуктов разложения при известных термодинамических параметрах?

Берёшь пропеп, подставляешь чистую эпоксидку (epoxy 201), и ничего более, давишь на кнопку, удивляешься:
Температура = 968
УИ = 135
Не намного хуже карамели, а гораздо технологичнее.
Как-то даже не верится!
Почему-то!!!

Xan> Берёшь пропеп, подставляешь чистую эпоксидку (epoxy 201), и ничего более, давишь на кнопку, удивляешься:
Xan> Температура = 968
Xan> УИ = 135

Программа берёт любое вещество, потом раскладывает его на всевозможные химические несложные соединения. Их количество и разнообразие зависит от атомарного состава исходной смеси. Дальше следуют сложные расчёты по вычислению их равновесного состояния в самых различных соотношениях, пока не будет схождения. Иными словами, она не видит ни какой эпоксидки. А может выйти так, что одна из расчитываемых ей смесей, что она подобрала, могла быть смесью чистого кислорода с монооксидом углерода и воды.

_B1_> Теплоизоляционные аблирующие материалы...

Полежаев Ю.В., Юревич Ф.Б. Тепловая защита. Энергия, М., 1976 г. Стр. 309: Методы экспериментального исследования теплозащитных материалов. По крайней мере там приведены как методы, так и алгоритмы расчёта возможных т/з материалов. Если не найдёшь, напиши, выложу.

_B1_>> Теплоизоляционные аблирующие материалы...
a_centaurus> Полежаев Ю.В., Юревич Ф.Б. Тепловая защита. Энергия, М., 1976 г. Стр. 309: Методы экспериментального исследования теплозащитных материалов. По крайней мере там приведены как методы, так и алгоритмы расчёта возможных т/з материалов. Если не найдёшь, напиши, выложу.

Cпасибо за наводку. Нашел, читаю.

B1

Расчеты абляторов ( теплозащитного материала, ТЗМ) обычно характеризуют взаимосвязь между потерей массы и тепловым потоком.
Вводные данные это:
1)Поверхностная плотность теплового потока, состоящая из:
а) кол-ва тепла поглощаемое за счет теплопроводности
б) кол-во тепла поглощаемое за счет физико-химических превращений(здесь и нужен propep)
в) кол-во тепла поступающего в пограничный слой( характеризует вляние эффекта вдува)
г) кол-во тепла поступающего к ТЗМ через излучение

2) Необходимо также знать массу ТЗМ разрушенного тепловым потоком:
а) Долю массы в которой произошли физико-химические превращения
б) Удельные теплоты фазовых и релаксационных переходов в компонентах ТЗМ
в) Количество ТЗМ обеспечивающего эффект вдува + параметры вдуваемых продуктов.

Определять все эти параметры рассчетом невероятно долго и затратно( по времени). В вашем случае проще идти экспериментальным путем. Расчет делается для идеальных условий и всегда будет иметь расхождение с реальными результатами. Вы не сможете в "кустарных" условиях контролировать даже качество образцов, не говоря уже о точной количественной оценке их теплофизических параметров.
Я в качестве стенда для абляторов используют газовую горелку. Образец в виде цилиндра, с термопарой по центру. Оценивается время достижения критической температуры( у меня 160 градусов) при одинаковом тепловом потоке. 5мм фенольного органопластика имеют защитный индекс больше минуты при температуре горелки 1800 градусов. Сравнительные результаты верны, а вот количественная оценка теплопроводности/теплоемкости должна проводиться на специальных приборах.

В качестве связующего могу предложить:
Связующее ЭД. Наполнитель на выбор: древесная мука/полые микросферы/хлопчатобумажная ткань/пробковая крошка. Как вариант базальтовый/асбестовый картон.
Если есть возможность использовать связующие горячего отверждения то лучше вместо эпокси использовать негорючую фенольную смолу. Х/б текстолит успешно применяют в качестве бронировки на РДТТ ракет Точка-У. Так что если есть возможность сформировать слой на основе фенолки(можно использовать вместо ткани рубленную х/б нить), то проблем у вас точно не будет.

З.Ы.

В книге "Тепловая защита" в основном рассматриваются ТЗМ на основе фенольных смол с оксидными наполнителями( стекло, асбест и т.д.). В вашем случае это малоприменимо т.к. у вас сравнительно низкие температуры.

Yalex> Связующее ЭД. Наполнитель на выбор: древесная мука/полые микросферы/хлопчатобумажная ткань/пробковая крошка. Как вариант базальтовый/асбестовый картон.
Yalex> В книге "Тепловая защита" в основном рассматриваются ТЗМ на основе фенольных смол с оксидными наполнителями( стекло, асбест и т.д.). В вашем случае это малоприменимо т.к. у вас сравнительно низкие температуры.

Я так понял, что для разных температур нужен разный наполнитель. Верно?
Ещё уточнение: для низких температур древесная мука и т.д. - это лучше, чем стекло, асбест, или не лучше, но годится, потому что температура низкая?

А где граница между сравнительно низкими и высокими температурами?

Yalex> В книге "Тепловая защита" в основном рассматриваются ТЗМ на основе фенольных смол с оксидными наполнителями( стекло, асбест и т.д.). В вашем случае это малоприменимо т.к. у вас сравнительно низкие температуры.
И поэтому её не нужно читать?
В рекомендованной книге, в упомянутой главе, приведены экспериментальные методики исследования феномена теплозащиты. И изучить ("я уже читаю..") их стоит (как еше с десяток других книг) , хотя бы для того, чтобы знать, как это делается в целевой исследовательской лаборатории. И не изобретать деревянный велосипед. Нужно уметь проводить грамотный информационный поиск. А не пытаться решить серьёзную профессиональную задачу, испрашивая совета на форуме самодеятельных ракетчиков.

a_centaurus> В рекомендованной книге, в упомянутой главе, приведены экспериментальные методики исследования феномена теплозащиты.

Я периодически пользуюсь этой книгой и прекрасно знаю что за материал преподносят нам авторы.
Вот только подобные расчеты это не для любителей. Эксперимент всегда показательней теории, особенно в обсуждаемой теме. Вы не согласны?

Serge77

>Я так понял, что для разных температур нужен разный наполнитель. Верно?

Поведение полимерного композита при повышенных температурах определяет связующее, это справедливо и для мех. свойств, и для износа, как механического так и износа в газовом потоке. И именно связующее будет играть основную роль в равновесной температуре поверхности ТЗМ. А вот энтальпию разрушения будет определять наполнитель, я уже отмечал что в случае волокнистых ТЗМ связующее будет давать 5% энтальпии разрушения, остальные 95% будет давать наполнитель. Все полимеры достаточно легко( в сравнении с оксидами например) подвергаются термической деструкции, в них невозможно реализовать процессы кипения( это наиболее энергоемкий процесс).
Тип наполнителя будет определять структуру и свойства поверхностного слоя. Для оксидов это будет расплав( защита от окисления карбонизирвоанного слоя + прозрачен для переизлучения радиационной составляющей теплового потока). Для углепластиков это подобие углерод-углеродных материалов, очень прочный кокс, интенсивное переизлучение, но возможность горения. Для органопластиков это вдув огромного количества низкомолекулярных паров.

>Ещё уточнение: для низких температур древесная мука и т.д. - это лучше, чем стекло, асбест, или не лучше, но годится, потому что температура низкая?

Я бы предложил идеальный вариант: хлорсульфированный полиэтилен + микросферы из фенольной смолы( энтальпия разложения 200 кДж/кг при плотности 0,4г/куб см. и теплопроводности 0,05Вт/м*К). Но ни то ни другое маленькими партиями не купить. При выборе материала всегда будет много параметров. В нашем одним из главных будет доступность и простота использования. Хризотил асбест идеален как наполнитель, он 5 раз с затратой энергии меняет кристаллическую решетку перед плавлением, а потом еще и кипит. При этом имеет отличные теплофизические свойства и способен работать как упрочнитель. Единственный существенный минус это его высокая плотность.


> где граница между сравнительно низкими и высокими температурами?

Граница проходит по плотности(40 МВт/кв метр) и удельной энтальпией(40 МДж/кг) теплового потока. Температура определяется составом набегающего потока и составом ТЗМ.
Абляторы практически не имеют температурной границы использования. Чем выше температура и чем меньше время воздействия тем эффективнее аблятор. Т.е. чем выше температура тем выше эффективная теплота абляции.

Yalex> Для углепластиков это подобие углерод-углеродных материалов, очень прочный кокс, интенсивное переизлучение, но возможность горения.

Вот меня интересует, если сделать на защищаемой поверхности упорядоченную "шерсть" из углеволокна, чтоб она лежала "по ветру", как-то так:
-->
////////
но очень полого.
"Корни" волокон закреплены, ветер, даже в критике, их не унесёт.
На большую теплопроводность вдоль волокон наплевать, потому что они лежат почти параллельно поверхности.
"Верхушки" волокон будут постепенно расходоваться, испаряться и окисляться, но под израсходованными волокнами следующие лежат.
Ну и перпендикулярно поверхности будет дуться газ от разлагающейся связки.
Будет ли это лучше других ТЗП?

Xan> Ну и перпендикулярно поверхности будет дуться газ от разлагающейся связки.
Xan> Будет ли это лучше других ТЗП?

Такие конструкции применялись/применяются в соплах РДТТ. Такой "ворс" имеет очень низкую теплопроводность около 0,1 Вт/м*К.
Самый простой вариант плести руками. Более сложный искать в продаже ткань объемного плетения.

Yalex> Самый простой вариант плести руками.

У меня есть только нитка = пучок параллельных волокон.

Нужно ли плести = располагать под разными углами?
Или лучше наоборот, "причесать", чтоб волокна параллельно лежали?

И какую связку?
Может, лучше неорганику какую?

А если вообще без связки (которая скрепляет волокна между собой)?
Просто сухую шерсть?
Или с пропиткой чем-то жидким, хоть водой?

Yalex, ты много написал, но не совсем то, о чём я спрашивал.

Serge77> Я так понял, что для разных температур нужен разный наполнитель. Верно?

Да или нет?

Serge77> Ещё уточнение: для низких температур древесная мука и т.д. - это лучше, чем стекло, асбест, или не лучше, но годится, потому что температура низкая?

Лучше, или не лучше, но годится?

Yalex>> Самый простой вариант плести руками.
Xan> У меня есть только нитка = пучок параллельных волокон.

Мне на одном военном предприятии отказались продавать мононить из такого ровинга со словами "не положено".

Xan> Нужно ли плести = располагать под разными углами?

Это зависит от задач. Для сопел самым оптимальной является кровельная укладка(перпендикулярно потоку) с углами ориентации 20-90. Имея такой жгут можно намотать хорошее сопло, дорого только получится, ибо одноразовое будет.

Xan> И какую связку?

Выбор связки зависит от состава набегающего потока. Кремнийорганика(смола К-9 с отвердителем ацетатом калия к примеру) хороша для окислительных продуктов сгорания. Универсальный выбор это бакелит. Но и с той и с другой смолой достаточно трудно работать. С другой стороны лучше ничего не придумаешь.

Serge77

Состав ТЗМ зависит от задач. Нельзя сказать что один наполнитель для высоких температур, а другой для низких. ТЗМ может быть вообще без наполнителя и может работать в режиме сублимации.
>Лучше, или не лучше, но годится?

Древесная мука используется в промышленных низкоэнтальпийных покрытиях. Её главная роль это повышение твердого остатка, что в нашем случае с ЭД очень может пригодиться. + Мука даст большой выход "холодных" низкомолекулярных паров.

Yalex> Мне на одном военном предприятии отказались продавать мононить из такого ровинга со словами "не положено".

Я со скрипом купил у японской фирмы в Америке (http://www.tohotenaxamerica.com).
Американцы японской товар, как стратегический материал, не выпускают из Америки!
Но пару кил продали, заставив написать "гарантийное письмо", что я не буду использовать нитки для изготовления оружия массового поражения. Пообещал, соблюдаю!!!

Yalex> Для сопел самым оптимальной является кровельная укладка(перпендикулярно потоку) с углами ориентации 20-90.

Для маленьких размеров (критика единицы миллиметров) перпендикулярные нити, боюсь, будут создавать дополнительное сопротивление.
Вот я и думаю положить нити параллельно потоку.


Yalex> можно намотать хорошее сопло, дорого только получится, ибо одноразовое будет.

Лёгкий движок не может быть многоразовым!

Yalex> Выбор связки зависит от состава набегающего потока. Кремнийорганика(смола К-9 с отвердителем ацетатом калия к примеру) хороша для окислительных продуктов сгорания. Универсальный выбор это бакелит.

Нифига не достать в нашей деревне.

Yalex> Мука даст большой выход "холодных" низкомолекулярных паров.

Хм. Это можно в качестве связки (у меня) использовать сахар или сахарный сироп.

a_centaurus> И поэтому её не нужно читать?
[...]
a_centaurus> Нужно уметь проводить грамотный информационный поиск. А не пытаться решить серьёзную профессиональную задачу, испрашивая совета на форуме самодеятельных ракетчиков.

+100500!

Всем спасибо.
Реальной технической проблемы передо мной сейчас не стоит - Хочется "пощупать" тему на уровне понимания основных зависимостей и сопоставить с несложными экспериментами, хотя бы качественно.
Конечно, литературу вряд ли что заменит, но и такое вот обсуждение тоже весьма полезно.

Yalex> Выбор связки зависит от состава набегающего потока. Кремнийорганика(смола К-9 с отвердителем ацетатом калия к примеру) хороша для окислительных продуктов сгорания.

В правильно скомпонованной рецептуре не бывает
Ракетное топливо с положительным кислородным балансом - вредительство в особо крупные размеры
Такое может быть только в газогенераторах для РДТТ раздельного снаряжания - окислитель отдельно, горючее отдельно.

Используя ракетный сленг - продукты сгорания ракетных топлив - всегда сладкие.

Yalex> Универсальный выбор это бакелит. Но и с той и с другой смолой достаточно трудно работать. С другой стороны лучше ничего не придумаешь.

Угу. Фенол-формальдегидные смолы в абляционной защите пока #1 - достаточно посмотреть на теплозащиту спускаемых аппаратов.

Тем не менее есть большой класс термопластических ТЗП. Одна незадача - рецептура пока не светилась в открытую

Yalex> Состав ТЗМ зависит от задач. Нельзя сказать что один наполнитель для высоких температур, а другой для низких.

Мы вообще не рассматривали температуры, а тепловые потоки.

Xan

А почему вас не устраивает классическая намотка? Это проще и по стечению обстоятельств именно намотка располагает наполнитель оптимальным образом.
К слову "шетки" из углеволокна в больших РДТТ стоят до критики, на днище. Критику делают из УУКМ.
Если не секрет какая марка УВ у вас? Высокопрочные волокна или высокомодульные?

B1

Найдите цилиднр из фенольного текстолита, они продаются. И резанием сделайте защиту камеры сгорания. У нас в ГРД вставка критики из х/б текстолита выдержала пуск двигателя с приемлемым разгаром. У вас гораздо более "тепличные" условия для материала. Текстолит 100% выдержит.


varban>Ракетное топливо с положительным кислородным балансом - вредительство в особо крупные размеры

Двигатели разные бывают) Не обязательно РДТТ. В ГРД продукты сгорания нейтральные, если не сказать восстановительные.

>Тем не менее есть большой класс термопластических ТЗП. Одна незадача - рецептура пока не светилась в открытую

Я хотел попробовать в качестве связующего полифениленсульфид. Он термопластичный, но после переработки его можно "зашить". В азоте он разрушается при температуре под 600 градусов, на воздухе рабочая температура с сохранением мех. свойств до 250-260 градусов. Дает большой твердый остаток( порядка 70%), из прочного кокса. Углепластики на основе ПФС имеют энтальпию разрушения до 1500-2000 МВт на кг. Единственный минус это цена 6000-7000р за кг, но в сравнению с какими нибудь схожими по свойствам полимерами типа полиимидов, это не много. Для большого двигателя применение таких материалов в критике может быть оправдано, т.к. можно будет отказаться от теплоизоляции

varban>>Ракетное топливо с положительным кислородным балансом - вредительство в особо крупные размеры
Yalex> Двигатели разные бывают) Не обязательно РДТТ. В ГРД продукты сгорания нейтральные, если не сказать восстановительные.

Восстановительные == сладкие продукты горения. И получают эти восстановительные продукты горения из топлив с отрицательным кислородным балансом. 0 в кислородном балансе - только продукты полного окисления в продуктах сгорания. Если кислородный баланс положительный, в продуктах горения появляется свободный окислитель. Или оксиды азота, или чего еще.

Следовательно, кислородный баланс топлива отрицательный.

А почему продуктов сгорания должны быть восстановительными, а не продукты полного окисления, я не буду объяснять в этом форуме. А то Сергей оштрафует за троллинг, и с полным правом

Yalex> А почему вас не устраивает классическая намотка? Это проще и по стечению обстоятельств именно намотка располагает наполнитель оптимальным образом.

У меня опасения, что в критике прогарать быстрее всего, после чего сверху и снизу (по потоку)будут из прогоревшего слоя торчать концы волокон.
И если сверху из поток приглаживает, то снизу будет задирать, и они будут создавать сопротивление. Это если считать, что связка в верхнем слое будет разрушаться раньше волокон и их концы будут свободные.
Вот поэтому мысль сразу их положить параллельно потоку и без связки.
Силовая часть - там намотка под углом.
Это всё чисто "теоретические" мысли, до практики ещё не добрался.

Yalex> Критику делают из УУКМ.

Не хотелось бы осваивать ещё и эту технологию!!!

Yalex> Если не секрет какая марка УВ у вас? Высокопрочные волокна или высокомодульные?

high strength/standard modulus
HTS40 E13 3K 200tex
Прочность 4275 MPa
Модуль 237 GPa

Xan> high strength/standard modulus
Xan> HTS40 E13 3K 200tex
Xan> Прочность 4275 MPa
Xan> Модуль 237 GPa

Внушает))) Из такого одноразовый двигатель жалко мотать) Приберегите для чего нить стоящего)