@article { author = {Fartash, Amirhossein and Poursaeidi, Esmaeil}, title = {Transient and steady-state temperature distribution in thermal barrier coating systems under thermal shock and thermal time-harmonic loadings}, journal = {Iranian Journal of Mechanical Engineering Transactions of ISME}, volume = {24}, number = {4}, pages = {83-108}, year = {2023}, publisher = {ISME}, issn = {2538-4775}, eissn = {}, doi = {10.30506/ijmep.2022.534010.1811}, abstract = {In this study, the temperature fields in the thermal barrier coating systems (TBC) under various types of thermal loading, including steady and transient thermal loadings, is investigated. Due to the widely use of TBCs on gas turbine blades and the urgent need to increase the temperature of the combustion chamber, thermal barrier coatings are exposed to a variety of harsh thermal loadings, including thermal shock and periodic thermal loads. Therefore, the need to achieve the temperature distribution in different positions in the TBCs, especially in the protective coating is crucial. At first, due to the application of non-uniform temperature distribution on the boundary of the TBC layer, the steady-state temperature distribution inside the coating-substrate is obtained. Using the solution of steady-state temperature distribution as the initial condition, the transient temperature field inside the coating-substrate system is obtained. To investigate the thermal transient response of the TBC system, dual-phase lag (DPL) heat conduction equation is utilized. Fourier and Laplace integral transformations have been used to solve the temperature field equations. The effect of various types of thermal shocks and periodic thermal loading on the TBC is investigated. The results show that the steady-state and transient temperature fields strongly depend on the type of thermal shock, the thickness of the coating and the frequency of thermal loading.}, keywords = {Thermal barrier coating,Transient thermal loading,Thermal shock,time-harmonic thermal load}, title_fa = {توزیع دمای گذرا و پایا در پوشش های سد حرارتی تحت بارگذاری شوک حرارتی و هارمونیک حرارتی}, abstract_fa = {این مطالعه به بررسی میدان دما در سیستم‌ های پوشش سد حرارتی تحت بارگذاری‌ حرارتی پایا و گذرا می‌ پردازد. پوشش سرامیکی با ضخامت محدود به بستر با ضخامت 5/1 سانتیمتر متصل شده است. بعد طولی لایه ‌ها در مقابل ضخامتشان بسیار بیشتر است. ابتدا توزیع دمای پایا در داخل سیستم پوشش/ بستر به واسطه اعمال توزیع دمای غیریکنواخت بر روی مرزهای سیستم بدست آمد. سپس توزیع دمای پایا به عنوان شرط اولیه به مسئله گذرا معرفی شده و میدان دمای گذرا درون پوشش و بستر ارائه شد. سپس بارگذاری ‌های از نوع شوک حرارتی بر روی مرز بالایی پوشش اعمال شد و اثرات هر یک از این بارگذاری ‌ها بر روی رفتار میدان دما در سیستم پوشش/ بستر بررسی گردید. به منظور بررسی پاسخ گذرای حرارتی از معادلات انتقال حرارت غیرفوریه ‌ای با تاخیر دو فازی استفاده شد. جهت حل معادلات انتقال حرارت از تبدیلات انتگرالی فوریه و لاپلاس استفاده گردید. معادلات حاکم بر دما به کمک تبدیلات مذکور، به انضمام شرایط مرزی به روش تحلیلی حل شدند. با اعمال بارگذاری شوک حرارتی و متناوب حرارتی بر روی مرز آزاد پوشش و دستیابی به توزیع دما در لایه‌ های پوشش و بستر، ملاحظه شد که بسته به نوع بارگذاری حرارتی، این لایه نقش چشمگیری در کاهش اثرات بار حرارتی در بستر ایفا می‌کند. طبق نتایج، تاثیر شوک حرارتی پس از 4/13 ثانیه در فاصله‌ی 1 سانتیمتری از سطح آزاد پوشش سرامیکی احساس گشت. پس از موقعیت عمودی250 میکرون، تغییر در فرکانس بارگذاری هارمونیک حرارتی موجب نوسانات دما نخواهد شد. }, keywords_fa = {پوشش سد حرارتی,بارگذاری حرارتی گذرا,شوک حرارتی,بارگذاری متناوب حرارتی}, url = {https://jmep.isme.ir/article_700805.html}, eprint = {https://jmep.isme.ir/article_700805_fbff5409548a1be4ec60492cb4c66099.pdf} }