Экспериментально-вычислительный комплекс ВТС-ОЗТ

Комплекс предназначен для определения и исследования теплофизических, радиационно-оптических и физико-химических свойств современных теплотехнических материалов и характеристик тепловых режимов элементов конструкций на их основе в условиях нестационарного радиационного или радиационно-кондуктивного нагрева в вакууме при давлении до 1×10-8 бар, на воздухе или в среде инертных газов при давлении до 1,6 бар в диапазоне температур от комнатной до 2000 ºС при темпах нагрева до 100 ºС/с с использованием комплексной методологии обратных задач теплообмена (ОЗТ) и методов синхронного термического анализа (STA).

Определяемые характеристики:

• Температурные зависимости в исследуемом диапазоне температур: коэффициента теплопроводности, объемной теплоемкости, интегральной степени черноты поверхности, эффективных значений коэффициента теплопроводности и объемной теплоемкости (для разрушающихся теплозащитных материалов) образцов исследуемых материалов.
• Временные зависимости характеристик нестационарных тепловых режимов образцов теплозащитных и теплоизоляционных покрытий (поля температур по толщине образца, плотности теплового потока и температуры нагреваемой поверхности, коэффициента теплоотдачи на нагреваемой поверхности).

  Исследуемые теплотехнические материалы:

• композиционные материалы типа углерод-углерод, углерод-керамика, углерод-стекло;
• высокотемпературная керамика и металлокерамика;
• высокотемпературные углеродные материалы;
• стекло- асбо- и углепластики;
• высокопористые огнеупорные теплоизоляционные материалы на основе ультратонких керамических волокон и микросфер;
• легковесные вспененные материалы;
• гибкие тканые и нетканые материалы (в том числе низкой плотности) на основе термостойких волокон и полимеров;
• конструкционные и функциональные наноматериалы, а также различные теплозащитные и теплоизоляционные покрытия на их основе (включая гибкие и многослойные).

В состав комплекса ВТС-ОЗТ входит:

• Два высокотемпературных тепловакуумных стенда ТВС-1М (модернизация 2009 г.) для исследования разрушающихся ТЗМ и конструкций, и ТВС-2М (модернизация 2011 г.) для исследования неразрушающихся ТЗМ и конструкций в условиях нестационарного кондуктивного и/или радиационного нагрева при температурах до 2000 ºС и темпах нагрева до 100 ºС/с на воздухе, в среде инертных газов или в вакууме при давлении до 1×10^-8 бар, в том числе в условиях динамического вакуума (при управляемом повышении давления в вакуумной камере);
• Специальные экспериментальные модули, обеспечивающие реализацию заданных моделей теплообмена в исследуемых образцах;
• Установка синхронного термического анализа STA 449 Jupiter С/4/G компании NETZSCH (Германия) для решения с высокой точностью задач термогравиметрии и дифференциальной сканирующей калориметрии в диапазоне температур от комнатной до 1600 ºС с темпами нагрева до 50 ºС/с в вакууме и в среде различных газов;
• Автоматизированная система научных исследований теплофизических процессов (АСНИ ТФП) (модернизация 2011 г.) с мобильными измерительными узлами на базе современных ПК и новейших программно-аппаратных измерительных средств в стандартах PXI, VXI и LXI ведущих мировых производителей (National Instruments и VXI Technology (США)) с мощным методическим и программным обеспечением, реализующим современные методы моделирования, идентификации и диагностики процессов тепломассообмена на основе решения обратных задач теплообмена (ОЗТ), для решения задач управления экспериментом, измерения, сбора данных, обработки экспериментальной информации, моделирования процессов теплообмена и планирования экспериментов на этапах подготовки тепловых испытаний и анализа их результатов;
• Технологическое оборудование и приборы для подготовки и проведения экспериментов, включая: прецизионную инфракрасную тепловизионную систему FLIR SC660 с диапазоном динамического измерения температур до 2000 ºС и возможностью видеосъемки; прецизионный ультразвуковой толщиномер OLIMPUS 38DL PLUS с возможностью одновременного измерения до 4х слоев, с точностью до 0,001 мм; высокотемпературная печь для калибровки термопар PEGASUS+1200 с диапазоном температур 150÷1200 ºС; установка для сварки микротермопар различных типов; оптические приборы микроскопического анализа и контроля с возможностями фото и видеосъемки; необходимое металлообрабатывающее оборудование и др.

ВТС-ОЗТ является уникальным, единственным в мире научно-исследовательским и испытательным комплексом, реализующим в полном объеме (включая экспериментальное оборудование, средства измерений и автоматизации, компьютерные средства, методическое и прикладное программное обеспечение) современную экспериментально-расчетную методологию диагностики и идентификации процессов нестационарного тепломассообмена в материалах, конструкциях и технологических процессах, основанную на методах ОЗТ. Данная методология является весьма перспективной и плодотворной. Она позволяет учитывать реально существующие эффекты нестационарности и нелинейности тепломассообменных процессов, обладает высокой информативностью и дает возможность проводить исследования в условиях максимально приближенных к натурным, или непосредственно при эксплуатации объектов.