Модель диффузии излучения для радиационно-кондуктивного теплопереноса в высокотемпературных полупрозрачных рассеивающих теплоизоляционных материалах.
Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики (МГТУ МИРЭА). – М., 2012 г
Монография посвящена фундаментальной проблеме радиационного и радиационно-кондуктивного теплообмена в высокотемпературных сильно рассеивающих полупрозрачных теплоизоляционных материалах, применяемых в качестве теплозащиты орбитальных кораблей многоразового использования и других воздушно-космических аппаратов, в теплозащитных и барьерных оксидных покрытиях плазменного напыления в газовых турбинах и других высокотемпературных агрегатах, в объемных ресиверах и реакторах устройств использования и аккумулирования концентрированной солнечной энергии, в элементах керамической ловушки для удержания расплавленного кориума в случае тяжелой аварии ядерного реактора. Проблема является актуальной и при разработке технологии лазерной размерной обработки изделий из пористой керамики.
Представлен комплексный подход к решению названной проблемы. Этот подход основан на использовании модели диффузии излучения одновременно как для прямых, так и для обратных задач радиационного переноса. В отличие от диффузионного приближения модель диффузии излучения не опирается на уравнение переноса излучения, а использует феноменологический закон диффузии излучения, справедливый для сильно рассеивающих и слабо поглощающих сред. При этом математическое описание переноса излучения значительно упрощается, а экспериментальному определению подлежат только две спектральные характеристики материала: эффективный коэффициент поглощения и коэффициент диффузии излучения. В рамках этой модели разработаны оригинальные экспериментальные методы исследования оптических свойств и истинной теплопроводности (температуропроводности) и создана различная аппаратура, включая лазерный фотометр, позволяющий измерять исключительно малые величины пропускания, что весьма важно для надежного определения радиационных характеристик широкого класса материалов. Представлены результаты исследований оптических свойств кварцевой волокнистой теплоизоляции, высокопористых вспененных оксидных и фторидных керамик, а также материалов на основе спеченных полых микробаллонов из оксида алюминия.
Проведенные на основе описанного подхода расчеты полей температур в кварцевой волокнистой теплозащите орбитальных кораблей многоразового использования при их возвращении на Землю показали, что часто применяемый подход к этой задаче, основанный на аддитивном сложении радиационного и кондуктивного потоков и использовании модели радиационной теплопроводности, может привести к значительным погрешностям в расчете полей температур.
