مروری بر کارایی و پاسخ حرارتی عایق های حرارتی فداشونده متخلخل سبک

نوع مقاله : تالیفی

نویسنده

گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

10.22063/basparesh.2026.35844.1764

چکیده

مقاله حاضر، مروری جامع بر فداشونده‌های متخلخل کامپوزیتی با وزن سبک به‌عنوان سامانه‌های حفاظت حرارتی ارائه می‌دهد. توسعه عایق‌های فداشونده با چگالی و هدایت حرارتی کم، مقاومت مکانیکی مطلوب و کارایی فداشوندگی بالا برای بسیاری از ماموریت های فضایی امری ضروری است. در این تحقیق، عملکرد انواع مختلفی از فداشونده‌های پیشرفته شامل کامپوزیت‌های کربنی آغشته به رزین فنولی (PICA)، فوم‌های کربنی آغشته به پلیمر، پلاستیک‌های تقویت‌شده با الیاف کربن (LATS) و کامپوزیت‌های حاوی ایروژل‌های پلیمری مورد مقایسه قرار می گیرد. ایجاد تخلخل کنترل‌شده در ساختار، کلید ایجاد تعادل مطلوب بین کارایی فداشوندگی و عایق‌کاری حرارتی محسوب می‌شود. به‌طور خاص، فوم‌های کربنی با شبکه سه‌بعدی پیوسته به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی مکانیکی و کنده‌شدن، عملکرد برجسته‌ای از خود نشان می‌دهند. همچنین، نقش پارامترهای مؤثری مانند توزیع اندازه حفرات، درصد تخلخل اولیه و پدیده «مسدودسازی گازی» ناشی از خروج گازهای پیرولیز در بهبود پاسخ حرارتی در این مقاله بررسی می گردد. در ادامه، مدل‌سازی ریاضی رفتار این سامانه‌های پیچیده و رویکردهای مختلف شامل مدل‌های سطحی، حجمی و چندفیزیکی مرور شده‌اند. مهندسی ساختار حفره‌ها و تخلخل در مقیاس‌های مختلف، همراه با توسعه نانوکامپوزیت‌ها و مواد هیبریدی ، مسیر اصلی تحقیقات آینده برای دستیابی به نسل جدید سامانه‌های حفاظت حرارتی خواهد بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

A Review on Performance and Thermal Response of Lightweight Porous Thermal Insulation Ablators

نویسنده [English]

  • Mohammad Mehdi سراجی
Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz,
چکیده [English]

This paper presents a comprehensive review of lightweight porous ablators as thermal protection systems. There is a critical need for insulators with low density, low thermal conductivity, adequate mechanical strength, and high ablation efficiency for space exploration missions. The article compares the performance of various advanced ablator types, including Phenolic Impregnated Carbon Ablators (PICA), polymer-impregnated carbon foams, Carbon Fiber Reinforced Plastics (LATS), and composites incorporating phenolic aerogels. The introduction of controlled porosity within the structure is key to achieving an optimal balance between ablation performance and thermal insulation. Specifically, carbon foams with a continuous three-dimensional network demonstrate superior performance due to their high resistance to mechanical erosion and fiber detachment. Furthermore, the influence of critical parameters such as pore size distribution, initial porosity percentage, and the "gas blocking" effect caused by the outflow of pyrolysis gases on improving thermal response is analyzed. Also, the mathematical modeling of these complex systems, surveying various approaches including surface, volume, and Multiphysics models have been investigated. In conclusion, this review highlights that engineering the pore structure and porosity at multiple scales, alongside the development of nanocomposites and hybrid materials, constitutes the main trajectory for future research aimed at achieving a new generation of ultra-lightweight and highly efficient thermal protection systems.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Lightweight Ablators
  • Carbon Preforms
  • Phenolic Resins
  • Thermal Insulators
  • modeling