Моделирование распределения температуры в ходе производства металлокерамических труб методом центробежного СВС

Abstract

Совершенствование технологии получения композиционных слоистых металлокерамических труб с внешним металлическим и внутренним керамическим слоями с помощью реакций самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), разработанной в 70-х годах прошлого века, до настоящего времени остаётся актуальной задачей. Технология при всей её перспективности нестабильна и её широкое внедрение невозможно без проведения работ по её оптимизации. Разработке оптимальной методики получения покрытия, удовлетворяющего эксплуатационным требованиям, будет способствовать создание математической модели процесса нанесения внутритрубного покрытия методом центробежного СВС, которая бы учитывала всё множество теплофизических и физико-химических параметров, формирующих это покрытие. В процессе настоящей работы в основу математического моделирования положены следующие допущения: толщина слоя смеси СВС постоянна по радиусу и по длине трубы; размер частиц смеси СВС намного меньше зоны реакции, что позволяет гетерогенную среду представить гомогенной; теплофизические параметры сред постоянны и не зависят от температуры; фронт волны горения распространяется в режиме устойчивого стационарного горения с постоянной скоростью. Для численного решения краевой задачи использовали метод конечных разностей. Результаты теплофизического моделирования и построенная в ходе настоящей работы модель термокинетики процесса формирования внутритрубного покрытия были использованы для создания программы для ЭВМ, которая позволяет прогнозировать результаты проведения процесса в различных режимах. Интерфейс программы позволяет в широких пределах изменять значения термокинетических, механических и геометрических параметров процесса. The improvement of the technology of the production of composite laminated metal-ceramic pipes with an external metal layer and an internal ceramic layer using reactions of self-propagating high temperature synthesis (SHS), developed in the 70-s of the last century up to the present time has been an urgent problem. The technology though perspective is still unstable and its wide application is impossible without its optimization. The development of a mathematical model of the process of applying in-line coating using a centrifugal SHS method which would take into account all thermophysical and physicochemical parameters forming the coating could help the development of optimal methods of producing coatings which meet operational requirements. The research is based on mathematical modeling and some assumptions: the layer thickness of the SHS mixture is constant in the radius and in the length of the pipe; the particle size of the SHS mixture is much less than the reaction zone (it allows to provide heterogeneous environment to homogeneous); thermophysical parameters of environments are constant and do not depend on the temperature; the length of the combustion wave propagates in stable, stationary combustion regime at a constant speed. The method of finite differences for making numerical calculations of the boundary value task. was used in this research. The results of thermal simulation and the thermokinetic model of the in-line coating formation process built during the research were used to create a computer program that could predict the results of the process in different modes. The program interface allows to change the values of thermokinetic, mechanical and geometrical process parameters.