ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОФІЗИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВУГЛЕЦЬ-ВУГЛЕЦЕВОГО МАТЕРІАЛУ ВВКМ-21 РОЗРАХУНКОВО-ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИМ МЕТОДОМ

ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОФІЗИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВУГЛЕЦЬ-ВУГЛЕЦЕВОГО МАТЕРІАЛУ ВВКМ-21 РОЗРАХУНКОВО-ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИМ МЕТОДОМ

The continuous improvement of thermal protection efficiency for rocket and space technology (RST) components is a key aspect of progress in this field. Today, carbon-carbon composite materials (CCCM) are increasingly becoming the standard in thermal protection systems. Simultaneously, CCCMs are bein...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Date:2024
Main Authors: Borovyk, D.V., Yevdokymenkо, Yu.I., Krukovsky, P. G., Frolov, G.O., Skliarenko, D.I.
Format: Article
Language:Ukrainian
Published: Institute of Engineering Thermophysics of NAS of Ukraine 2024
Online Access:https://ihe.nas.gov.ua/index.php/journal/article/view/603
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Thermophysics and Thermal Power Engineering

Institution

Thermophysics and Thermal Power Engineering
id oai:ojs2.ihenasgovua.s43.yourdomain.com.ua:article-603
record_format ojs
spelling oai:ojs2.ihenasgovua.s43.yourdomain.com.ua:article-6032024-12-28T09:39:13Z DETERMINATION OF THERMOPHYSICAL CHARACTERISTICS OF CARBON-CARBON MATERIALS BY A COMPUTATIONAL-EXPERIMENTAL METHOD ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОФІЗИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВУГЛЕЦЬ-ВУГЛЕЦЕВОГО МАТЕРІАЛУ ВВКМ-21 РОЗРАХУНКОВО-ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИМ МЕТОДОМ Borovyk, D.V. Yevdokymenkо, Yu.I. Krukovsky, P. G. Frolov, G.O. Skliarenko, D.I. The continuous improvement of thermal protection efficiency for rocket and space technology (RST) components is a key aspect of progress in this field. Today, carbon-carbon composite materials (CCCM) are increasingly becoming the standard in thermal protection systems. Simultaneously, CCCMs are being used more frequently in devices for testing RST materials and evaluating component durability. For instance, CCCMs serve as structural and heating elements in vacuum furnaces under high mechanical and thermal loads. The expanding application of such materials requires enhancements to existing methods and the development of new approaches for studying and determining their thermophysical properties. This paper addresses this need by investigating heat propagation in flat CCCM samples with different fiber orientations in the matrix using a combined experimental-computational method to determine their heat capacity and thermal conductivity in the temperature range of 300–1200 K. The study involved furnace heating of CCCM samples, with the selected temperature range justified by the onset of thermoerosion at 1200 K for CCCMs. Temperatures up to 1200 K with heating durations of up to 60 seconds typically do not cause significant surface degradation. Heat capacity was determined at temperatures up to 700 K using the IT-с-400 device and calculated up to 2000 K using the «ASTRA 4.0» software. Thermal conductivity was obtained through a computational-experimental approach, employing a heat conduction model and an inverse problem methodology. Experimental temperatures from two surfaces of a flat sample during one-sided heating were used to solve the inverse problem. The COMSOL Multiphysics® software package, an integrated platform for modeling physical processes (including heat transfer) in environments and objects of various geometries, was employed for the calculations. Розглянута методика та результати визначення температурних залежностей теплоємності і недостатньо відомої теплопровідності теплозахисного вуглець-вуглецевого матеріалу ВВКМ-21 до 1200 К, який використовується для теплового захисту космічних апаратів. Теплопровідність такого матеріалу має значну залежність від напрямку дії теплового потоку (вздовж або поперек) по відношенню до орієнтації вуглецевих волокон. Теплоємність визначалась за допомогою приладу ІТ-с-400 і універсального розрахункового комплексу «АСТРА 4.0». Теплопровідність визначалась розрахунково-експериментальним методом (температурні вимірювання+моделювання і метод зворотних задач), який дозволив отримати залежності теплопровідності ВВКМ-21 від температури для орієнтацій вздовж волокон в діапазоні 1,9 ÷ 2,7 Вт/(м∙К) і поперек - в діапазоні 3,2÷1,3 Вт/(м∙К ). Institute of Engineering Thermophysics of NAS of Ukraine 2024-11-11 Article Article application/pdf https://ihe.nas.gov.ua/index.php/journal/article/view/603 10.31472/ttpe.4.2024.4 Thermophysics and Thermal Power Engineering; Vol 46 No 4 (2024): Thermophysics and Thermal Power Engineering; 33-41 Теплофизика и Теплоэнергетика; Vol 46 No 4 (2024): Thermophysics and Thermal Power Engineering; 33-41 Теплофізика та Теплоенергетика; Vol 46 No 4 (2024): Thermophysics and Thermal Power Engineering; 33-41 2663-7235 uk https://ihe.nas.gov.ua/index.php/journal/article/view/603/525 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.ru
institution Thermophysics and Thermal Power Engineering
baseUrl_str
datestamp_date 2024-12-28T09:39:13Z
collection OJS
language Ukrainian
format Article
author Borovyk, D.V.
Yevdokymenkо, Yu.I.
Krukovsky, P. G.
Frolov, G.O.
Skliarenko, D.I.
spellingShingle Borovyk, D.V.
Yevdokymenkо, Yu.I.
Krukovsky, P. G.
Frolov, G.O.
Skliarenko, D.I.
ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОФІЗИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВУГЛЕЦЬ-ВУГЛЕЦЕВОГО МАТЕРІАЛУ ВВКМ-21 РОЗРАХУНКОВО-ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИМ МЕТОДОМ
author_facet Borovyk, D.V.
Yevdokymenkо, Yu.I.
Krukovsky, P. G.
Frolov, G.O.
Skliarenko, D.I.
author_sort Borovyk, D.V.
title ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОФІЗИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВУГЛЕЦЬ-ВУГЛЕЦЕВОГО МАТЕРІАЛУ ВВКМ-21 РОЗРАХУНКОВО-ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИМ МЕТОДОМ
title_short ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОФІЗИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВУГЛЕЦЬ-ВУГЛЕЦЕВОГО МАТЕРІАЛУ ВВКМ-21 РОЗРАХУНКОВО-ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИМ МЕТОДОМ
title_full ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОФІЗИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВУГЛЕЦЬ-ВУГЛЕЦЕВОГО МАТЕРІАЛУ ВВКМ-21 РОЗРАХУНКОВО-ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИМ МЕТОДОМ
title_fullStr ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОФІЗИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВУГЛЕЦЬ-ВУГЛЕЦЕВОГО МАТЕРІАЛУ ВВКМ-21 РОЗРАХУНКОВО-ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИМ МЕТОДОМ
title_full_unstemmed ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОФІЗИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВУГЛЕЦЬ-ВУГЛЕЦЕВОГО МАТЕРІАЛУ ВВКМ-21 РОЗРАХУНКОВО-ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИМ МЕТОДОМ
title_sort визначення теплофізичних характеристик вуглець-вуглецевого матеріалу ввкм-21 розрахунково-експериментальним методом
title_alt DETERMINATION OF THERMOPHYSICAL CHARACTERISTICS OF CARBON-CARBON MATERIALS BY A COMPUTATIONAL-EXPERIMENTAL METHOD
description The continuous improvement of thermal protection efficiency for rocket and space technology (RST) components is a key aspect of progress in this field. Today, carbon-carbon composite materials (CCCM) are increasingly becoming the standard in thermal protection systems. Simultaneously, CCCMs are being used more frequently in devices for testing RST materials and evaluating component durability. For instance, CCCMs serve as structural and heating elements in vacuum furnaces under high mechanical and thermal loads. The expanding application of such materials requires enhancements to existing methods and the development of new approaches for studying and determining their thermophysical properties. This paper addresses this need by investigating heat propagation in flat CCCM samples with different fiber orientations in the matrix using a combined experimental-computational method to determine their heat capacity and thermal conductivity in the temperature range of 300–1200 K. The study involved furnace heating of CCCM samples, with the selected temperature range justified by the onset of thermoerosion at 1200 K for CCCMs. Temperatures up to 1200 K with heating durations of up to 60 seconds typically do not cause significant surface degradation. Heat capacity was determined at temperatures up to 700 K using the IT-с-400 device and calculated up to 2000 K using the «ASTRA 4.0» software. Thermal conductivity was obtained through a computational-experimental approach, employing a heat conduction model and an inverse problem methodology. Experimental temperatures from two surfaces of a flat sample during one-sided heating were used to solve the inverse problem. The COMSOL Multiphysics® software package, an integrated platform for modeling physical processes (including heat transfer) in environments and objects of various geometries, was employed for the calculations.
publisher Institute of Engineering Thermophysics of NAS of Ukraine
publishDate 2024
url https://ihe.nas.gov.ua/index.php/journal/article/view/603
work_keys_str_mv AT borovykdv determinationofthermophysicalcharacteristicsofcarboncarbonmaterialsbyacomputationalexperimentalmethod
AT yevdokymenkoyui determinationofthermophysicalcharacteristicsofcarboncarbonmaterialsbyacomputationalexperimentalmethod
AT krukovskypg determinationofthermophysicalcharacteristicsofcarboncarbonmaterialsbyacomputationalexperimentalmethod
AT frolovgo determinationofthermophysicalcharacteristicsofcarboncarbonmaterialsbyacomputationalexperimentalmethod
AT skliarenkodi determinationofthermophysicalcharacteristicsofcarboncarbonmaterialsbyacomputationalexperimentalmethod
AT borovykdv viznačennâteplofízičnihharakteristikvuglecʹvuglecevogomateríaluvvkm21rozrahunkovoeksperimentalʹnimmetodom
AT yevdokymenkoyui viznačennâteplofízičnihharakteristikvuglecʹvuglecevogomateríaluvvkm21rozrahunkovoeksperimentalʹnimmetodom
AT krukovskypg viznačennâteplofízičnihharakteristikvuglecʹvuglecevogomateríaluvvkm21rozrahunkovoeksperimentalʹnimmetodom
AT frolovgo viznačennâteplofízičnihharakteristikvuglecʹvuglecevogomateríaluvvkm21rozrahunkovoeksperimentalʹnimmetodom
AT skliarenkodi viznačennâteplofízičnihharakteristikvuglecʹvuglecevogomateríaluvvkm21rozrahunkovoeksperimentalʹnimmetodom
first_indexed 2025-12-17T13:56:10Z
last_indexed 2025-12-17T13:56:10Z
_version_ 1851764004170498048

Similar Items