Розрахунок температурних полів у шаруватому осклінні транспортних засобів

Abstract

Запропоновано метод розрахунку нестаціонарних температурних полів у шаруватому осклінні транспортних засобів при впливі імпульсних плівкових джерел тепла. Багатошарове оскління розглядається як прямокутна шарувата пластина, яка зібрана з ізотропних шарів сталої товщини. На верхній та нижній поверхнях пластини має місце конвективний теплообмін із зовнішнім середовищем. Температура на бічній поверхні дорівнює нулю. Рівняння нестаціонарної теплопровідності для довільного шару пластини і граничні умови на боковій поверхні формуються на основі варіаційного рівняння теплового балансу. Розподіл температури вздовж товщини кожного шару описано за допомогою ортонормованих поліномів Лежандра. Задача зводиться до інтегрування системи диференціальних рівнянь модифікованим методом Тейлора. Як приклад розв’язана задача нестаціонарної теплопровідності для п’ятишарового елемента оскління літака при нагріванні плівковим джерелом тепла. Проведено порівнювальний аналіз розподілу температури вздовж товщини елемента з результатами, які одержані методом скінченних елементів. Запропонований підхід може бути використаний при проектуванні безпечного шаруватого оскління різних транспортних засобів в умовах експлуатаційних та аварійних термосилових навантажень.

A method for calculation of nonstationary thermal fields in a laminated glazing of vehicles under the effect of impulse film heat sources is offered. The multilayer glazing is considered as a rectangular multilayer plate made up of isotropic layers with constant thickness. Convective heat transfer occurs on outer surfaces of the plate. The temperature on the side surface of the plate is zero. The equation of nonstationary thermal conduction for an arbitrary plate layer and boundary conditions on a lateral surface of the plate are formed on the basis of the variational equation of thermal balance. Distribution of temperature along width each layer is presented by means of the Legendre orthonormalized polynomials. The problem is reduced to integration of a system of differential equations by modified Taylor's method. As an example, we solved the nonstationary heat conduction problem for a five-layer glazing element of an airplane under heating by the film heat source. The comparative analysis of the temperature distribution over the element thickness with the results of finite element method is carried out. The results are well consistent with each other which confirms their probability. The approach offered can be used for designing a safe laminated glazing under operational and emergency thermal and force loading in different vehicles.