حل عددي عايق فناشونده و كاهش دماي آن با استفاده از مفهوم چاه حرارتي

اولين راه‌كار براي افزايش بهره‌وري وسائل فضايي كاهش وزن آن است كه سبب افزايش سرعت و محدوده پروازي مي‌شود. با توجه به اينكه بدنه اين وسائل محدوده دمايي خاصي را تحمل مي‌كند استفاده از سيستم‌هاي حفاظت حرارتي، كه براي افزايش وزن سازه در شرايط بهينه طراحي شده‌اند، ضروري است. در اين مقاله، عايق حرارتي با چاه حرارتي به‌عنوان شرط مرزي بدنه در نظر گرفته شده است تا بتوان دماي بدنه را كاهش داد. براي اين‌منظور معادلات هدايت حرارتي گذرا در سيستم مختصات منحني‌الخط نوشته شده و براي انواع هندسه وسائل فضايي متقارن محوري توسعه داده شده است. جنس عايق فناشونده، گرافيت فرض شده و از آثار لايه پيروليز صرف‌نظر شده است. معادلات با استفاده از روش اختلاف محدود گسسته و دستگاه معادلات حاكم با استفاده از روش ضمني با جهت متغير حل شده است. سپس تأثير چاه حرارتي با ضخامت مختلف بر دماي بدنه بررسي شده است. نتايج حل عددي با نتايج حل دقيق مقايسه و مشاهده مي‌شود اختلاف آنها در تمام زمان‌ها كمتر از 2 درصد است. براي كاهش دماي بدنه از مفهوم چاه حرارتي استفاده شده و نتايج نشان مي‌دهد كه چاه حرارتي 10 تا 24 درصد از دماي بدنه (بسته به ضخامت چاه حرارتي) كاهش مي‌دهد.