تحليل انتقال حرارت ناپاياي متحرك دوبعدي در لوله سلاح با استفاده از روش تربيع ديفرانسيلي

A two Dimensional Moving Transient Heat Transfer in a Gun Tube using Differential Quadrature Method

در اين پژوهش پديده انتقال حرارت درون لوله سلاح به صورت دوبعدي و گذرا با استفاده از روش تربيع ديفرانسيلي موردبررسي قرار گفت. براي اعمال شرايط كلي در دامنه حل، حجم داخل لوله به دو ناحيه مجزا تقسيم شد. بخشي در معرض سيال با دما و فشار بالا ناشي از احتراق خرج پرتاب بوده و بخشي نيز در معرض سيال در شرايط محيط در نظر گرفته شد. با گذشت زمان، مرز جداكننده دو ناحيه (گلوله) به جلو حركت مي كند. بنابراين، حجم اشغال شده توسط سيال ناحيه پشتي افزايش و حجم اشغال شده توسط سيال ناحيه جلويي كاهش مي يابد. شرط مرزي گره هاي واقع در جداره داخلي در هر گام زماني با توجه به موقعيت محوري گلوله تعيين مي گردند. گره هاي واقع شده در قسمت پشتي گلوله داراي شرط مرزي سيال با دما و فشار بالا بوده و گره هاي واقع شده در قسمت جلويي نيز داراي شرط مرزي سيال در محيط هستند. با توجه به شرايط عنوان شده، از معادله كلي انتقال حرارت ناپايا در مختصات استوانه اي براي شبيه سازي استفاده گرديد و توزيع دماي لوله سلاح تحت شليك هاي متناوب استخراج شد. در پايان از يك پژوهش تجربي براي بررسي صحت روش ارايه شده استفاده گرديد. با مقايسه نتايج، دقت بالاي روش ارايه شده قابل ملاحظه بود. از نتايج اين پژوهش مي توان براي تحليل تنش لوله سلاح و تخمين ميزان خوردگي و عمر آن استفاده كرد.

In this study a heat transfer phenomena in a gun tube using Differential Quadrature Method was examined. The phenomena was dealt in a two dimensional transient manner. In order to apply a general condition to the problem, the internal volume of the cylinder was divided into two distinct zones. One zone was exposed to a fluid with high temperature and high pressure conditions due to the burning of the propellant. The other zone was exposed to a fluid in environmental condition. As the time passes, the bullet moves toward the front zone. Therefore the volume of the rear zone increases, while the volume of the front zone decreases. The boundary conditions of the internal boundary nodes are determined due to the axial position of the bullet. The boundary condition of the nodes located in the rear zone are set to the high temperature and high pressure fluid, while the boundary condition of the front nodes is set to standstill fluid conditions. According to the mentioned conditions, general transient heat conduction equation in cylindrical coordinate was utilized and temperature distribution of the gun tube was extracted for numerous rounds. Finally an experimental study was examined to validate the proposed method. A comparison between the simulation results and experimental results shows a high consistency between them. The results of this study can be used for stress analysis of gun tube and estimation of its erosion and lifetime.