تحلیل انتقال حرارت ناپایای متحرک دوبعدی در لوله سلاح با استفاده از روش تربیع دیفرانسیلی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران

چکیده

در این پژوهش پدیده‌ انتقال حرارت درون لوله‌ سلاح به‌صورت دوبعدی و گذرا با استفاده از روش تربیع دیفرانسیلی موردبررسی قرار گفت. برای اعمال شرایط کلی در دامنه‌ حل، حجم داخل لوله به دو ناحیه مجزا تقسیم شد. بخشی در معرض سیال با دما و فشار بالا ناشی از احتراق خرج پرتاب بوده و بخشی نیز در معرض سیال در شرایط محیط در نظر گرفته شد. با گذشت زمان، مرز جداکننده دو ناحیه (گلوله) به جلو حرکت می‌کند. بنابراین، حجم اشغال‌شده توسط سیال ناحیه پشتی افزایش و حجم اشغال‌شده توسط سیال ناحیه جلویی کاهش می‌یابد. شرط مرزی گره‌های واقع در جداره‌ داخلی در هر گام زمانی با توجه به موقعیت محوری گلوله تعیین می‌گردند. گره‌های واقع‌شده در قسمت پشتی گلوله دارای شرط مرزی سیال با دما و فشار بالا بوده و گره‌های واقع‌شده در قسمت جلویی نیز دارای شرط مرزی سیال در محیط هستند. با توجه به شرایط عنوان‌شده، از معادله‌ کلی انتقال حرارت ناپایا در مختصات استوانه‌ای برای شبیه‌سازی استفاده گردید و توزیع دمای لوله سلاح تحت شلیک­های متناوب استخراج شد. در پایان از یک پژوهش تجربی برای بررسی صحت روش ارائه‌شده استفاده گردید. با مقایسه‌ نتایج، دقت بالای روش ارائه‌شده قابل‌ملاحظه بود. از نتایج این پژوهش می­توان برای تحلیل تنش لوله سلاح و تخمین میزان خوردگی و عمر آن استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

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

نویسندگان [English]

  • Hosein Lexian
  • Amir Yousefi
Maleke Ashtar UT, Tehran
چکیده [English]

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.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Differential Quadrature
  • Unsteady Heat Transfer
  • Axisymmetric

مراجع

  1. Cooper, L. Y. “Temperature of a cylindrical Cavity Wall Heated by a Periodic Flux”, Int. J. Heat Mass. Tran., Vol. 20, no. 5, pp. 527-534, 1977.##
  2. Walker, M. “Stress Strain Relationships In Ultra High Molecular Weight Polyethylene Fibers Under Ballistic Loading”, Naval Postgraduate School Monterey United States, 2018.##
  3. Shakoor, A., Shahzad, K., Sliem, M. H., Ubaid, F., Akbar, H. M., Abdullah, A. M., Kahraman, R., Montemor, F. M., and Manzoor, U., “Corrosion Behavior of High Strength Low Alloy HSLA Steel in 35 Wt% Nacl Solution Containing Diethylenetriamine DETA as Corrosion Inhibitor”, in Proc. Conf. Foundation Annual Research, Vol. 1, no. 1, p. EEPD356: Qatar, Hamad bin Khalifa University Press, 2018.##
  4. Moeller, C. and Bassert, A. “Measurement of Transient Bore-Surface Temperatures in 7.62 mm Gun Tubes”, Midwest Research Inst Kansas City MO, 1973.##
  5. Kayhani, M., Norouzi, M., and Delouei, A. A. “A General Analytical Solution for Heat Conduction in Cylindrical Multilayer Composite Laminates”, Int. J. Therm. Sci., Vol. 52, pp. 73-82, 2012.##
  6. Liu, W., Liu, D. and Gao, N. “CFD Study on Gaseous Pollutant Transmission Characteristics Under Different Ventilation Strategies in a Typical Chemical Laboratory”, Building and Environment, Vol. 126, pp. 238-251, 2017.##
  7. Lu, X., Tervola, P., and Viljanen, M. “Transient Analytical Solution to Heat Conduction in Composite Circular Cylinder”, Int. J. Heat. Mass. Tran., Vol. 49, no's. 1-2, pp. 341-348, 2006.##
  8. Dalir, N. and Nourazar, S. S. “Analytical Solution of the Problem on the Three-dimensional Transient Heat Conduction in a Multilayer Cylinder”, J. Eng. Phys. and Thermophys, Vol. 87, no. 1, pp. 89-97, 2014.##
  9. Singh, S. and Jain, P. K. “Analytical Solution to Transient Heat Conduction in Polar Coordinates with Multiple Layers in Radial Direction”, Int. J. Therm. Sci., Vol. 47, no. 3, pp. 261-273, 2008.##
  10. Singh, S. and Jain, P. K. “Finite Integral Transform Method to Solve Asymmetric Heat Conduction in a Multilayer Annulus with Time-dependent Boundary Conditions”, Nucl. Eng. Des., Vol. 241, no. 1, pp. 144-154, 2011.##
  11. South, J. T. and Carter, R. H. “Thermal Analysis of an M256 120-mm Cannon”, Army Research Lab Aberdeen Proving Ground Md Weapons And Materials Research Directorate, 2005.##
  12. Chen, T.-C., Liu, C.-C., Jang, H.-Y., and Tuan, P.-C. “Inverse Estimation of Heat Flux and Temperature in Multi-layer Gun Barrel”, Int. J. Heat Mass. Tran., Vol. 50, no's. 11-12, pp. 2060-2068, 2007.##
  13. Nelson, C. W. and Ward, J. R. “Calculation of Heat Transfer to the Gun Barrel Wall”, Army Ballistic Research Lab Aberdeen Proving Ground MD, 1981.##
  14. Akcay, M. and Yükselen, M. A. “Unsteady Thermal Studies of Gun Barrels During the Interior Ballistic Cycle with Non-homogenous Gun Barrel Material Thermal Characteristics”, J. Therm. Sci. & Tech., Vol. 34, no. 2, pp. 75-81, 2014.##
  15. Mishra, A., Hameed, A., and Lawton, B. “Transient Thermal Analyses of Midwall Cooling and External Cooling Methods for a Gun Barrel”, J. Heat. Transf., Vol. 132, no. 9, p. 091901, 2010.##
  16. Çengel, Y. A. “Heat and Mass Transfer: A Practical Approach. McGraw-Hill (India) Pvt. Limited, 2007.##
  17. Shu, C. “Differential Quadrature and its Application in Engineering”, Springer Science & Business Media, Verlag London Ltd., 2012.##
  18. Bergman, T. L., Incropera, F. P., Lavine, A. S., and DeWitt, D. P. “Introduction to Heat Transfer”, John Wiley & Sons, 2011.##

 Akcay, M. “Internal and Transitional Ballistic Solution for Spherical and Perforated Propellants and Verification with Experimental Results”, Isi Bilimi ve Teknigi Dergisi/Journal of Thermal Science & Technology, Vol. 37, no. 1, 2017.##

  1. Hill, R. D. and Conner, J. M. “Transient Heat Transfer Model of Machine Gun Barrels”, Mater. Manuf. Process., Vol. 27, no. 8, pp. 840-845, 2012.##

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 20 فروردین 1398
  • تاریخ بازنگری: 19 آذر 1398
  • تاریخ پذیرش: 03 تیر 1399
  • تاریخ انتشار: 01 اسفند 1398

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار