低密度碳/酚醛复合材料传热传质与力学表观性能参数研究
发布时间：2021-01-23 10:04
再入式飞行器如飞船返回舱等在进入大气层的过程中会经受强烈的气动热,因此需要热防护系统（thermal protection system,TPS）以保护飞行器及内部设备不被破坏,烧蚀法是一种常用的TPS设计方法。随着航天器的发展,轻质烧蚀型热防护材料得以发展,由酚醛树脂浸渍短切碳纤维骨架产生的轻质烧蚀复合材料具有较低的密度和良好的防隔热性能,是新一代烧蚀型航天器热防护材料,其传热传质性能关系到热防护的效果,因此研究并预报其等效热导率、渗透率及压缩力学性能等参数非常重要。本文从微观角度出发,观测材料的微观结构,建立了低密度碳/酚醛复合材料的微观分析模型,利用格子玻尔兹曼方法（Lattice Boltzmann method,LBM）进行了三维传热传质分析,利用有限元方法预报了材料压缩力学性能并进行实验验证。首先,对低密度碳/酚醛复合材料试样进行SEM观测,得到其微观形貌,基于其微观结构特征,建立了随机均匀分布的纤维网络模型,对微观模型划分Voxel网格进行前处理,作为传热传质分析的数值微观模型。其次,基于LBM编写程序对低密度碳/酚醛复合材料微观尺度模型进行传热传质分析。通过硅薄膜传热和...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
几种典型的空间飞行器[2]
（a）飞行前 （b）飞行后图 1-2 “星尘号”返回舱背板宏观照片[6]高温条件下低密度烧蚀材料内部树脂基体发生炭化热解，碳纤维在不同发生氧化烧蚀，所以材料的微观结构在高温条件下发生了很大的变化，材热物性参数如密度、等效热导率等、传质参数（渗透率）和力学性能（模强度）等都发生变化。在分析材料的热响应和力学性能时，材料在不同温件下的表观性能变化对分析结果产生很大的影响。为了更好地提高其防隔力，需要从微观尺度进行传热传质及力学表观性能分析，以更好地探究其传质机理，对材料热/力响应分析提供重要支撑。.2 国内外研究现状低密度碳/酚醛复合材料是由高孔隙率的酚醛树脂气凝胶填充短切碳纤粘结刚性骨架材料而形成的轻质耐烧蚀隔热材料，酚醛呈“雾凇”状包裹纤维表面，如图 1-3 所示。针对多孔介质的微观尺度建模及传热传质分析
温条件下低密度烧蚀材料内部树脂基体发生炭化热解，碳纤维在氧化烧蚀，所以材料的微观结构在高温条件下发生了很大的变化性参数如密度、等效热导率等、传质参数（渗透率）和力学性能）等都发生变化。在分析材料的热响应和力学性能时，材料在不的表观性能变化对分析结果产生很大的影响。为了更好地提高其需要从微观尺度进行传热传质及力学表观性能分析，以更好地探机理，对材料热/力响应分析提供重要支撑。内外研究现状密度碳/酚醛复合材料是由高孔隙率的酚醛树脂气凝胶填充短切刚性骨架材料而形成的轻质耐烧蚀隔热材料，酚醛呈“雾凇”状表面，如图 1-3 所示。针对多孔介质的微观尺度建模及传热传质内外学者在理论分析、实验测试和数值模拟计算等方面都有相关果对研究低密度碳/酚醛复合材料的微观尺度传热传质分析具有用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]空天飞行器用热防护陶瓷材料[J]. 陈玉峰,洪长青,胡成龙,胡平,李伶,刘家臣,刘玲,龙东辉,邱海鹏,汤素芳,张幸红,周长灵,周延春,朱时珍. 现代技术陶瓷. 2017(05)
[2]多孔介质流动及传热的格子Boltzmann方法研究[J]. 吴子森,董平川,袁忠超,周阴国,曹耐,许佳良. 石油科学通报. 2017(01)
[3]部分渗透格子玻尔兹曼流动及渗透率模拟计算[J]. 李如如,杨玉双,潘晋孝,林缅,刘可禹. 山西大学学报(自然科学版). 2015(02)
[4]气凝胶纳米多孔材料传热计算模型研究进展[J]. 何雅玲,谢涛. 科学通报. 2015(02)
[5]基于格子Boltzmann方法的纤维增强气凝胶复合材料等效热导率求解[J]. 何超,何雅玲,谢涛,刘清. 工程热物理学报. 2013(04)
[6]基于随机行走方法的多孔介质导热性能研究[J]. 李小川,崔晓峰,张程宾,杨卫波,施明恒. 华北电力大学学报(自然科学版). 2012(04)
[7]辐射传输的格子Boltzmann模拟[J]. 马宇,董士奎,赫晓东,谈和平. 工程热物理学报. 2011(11)
[8]轻质烧蚀材料研究综述[J]. 吴晓宏,陆小龙,李涛,易忠. 航天器环境工程. 2011(04)
[9]轻质防/隔热功能材料现状与发展[J]. 胡良全. 功能材料信息. 2010(02)
[10]利用多松弛格子Boltzmann方法预测多孔介质的渗透率[J]. 柴振华,郭照立,施保昌. 工程热物理学报. 2010(01)
博士论文
[1]新型超轻质碳/酚醛烧蚀复合材料的制备与性能研究[D]. 程海明.哈尔滨工业大学 2017
[2]SiOC基陶瓷改性碳纤维骨架复合材料及其抗氧化涂层研究[D]. 刘琛.哈尔滨工业大学 2015
[3]基于改进BESO算法的多尺度多相材料并行优化设计[D]. 王宪杰.西北工业大学 2015
[4]高硅氧/酚醛复合材料的烧蚀机理及热—力学性能研究[D]. 时圣波.哈尔滨工业大学 2013
[5]多孔陶瓷材料的弹性和传热性能研究[D]. 朱虹.哈尔滨工业大学 2011
[6]多相和多组分流动中热质传递的Lattice Boltzmann方法的数值研究[D]. 董志强.大连理工大学 2009
硕士论文
[1]基于格子玻尔兹曼方法的纤维材料耦合传热研究[D]. 刘潇蔚.哈尔滨工业大学 2016
[2]基于蒙特卡洛法分析纤维编织结构对辐射特性的影响[D]. 李悦.哈尔滨工业大学 2016
[3]辐射—导热耦合传热下复合材料当量导热性能研究[D]. 秦蓓.哈尔滨工业大学 2015
[4]短切碳纤维骨架材料的力学及导热性能研究[D]. 王鹏.哈尔滨工业大学 2015
[5]饱和多孔介质介观尺度孔隙流的Lattice Boltzmann模拟[D]. 雷长征.南京大学 2015
[6]多孔介质有效导热系数的算法研究[D]. 赵晓琳.大连理工大学 2009
本文编号：2995027
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
几种典型的空间飞行器[2]
（a）飞行前 （b）飞行后图 1-2 “星尘号”返回舱背板宏观照片[6]高温条件下低密度烧蚀材料内部树脂基体发生炭化热解，碳纤维在不同发生氧化烧蚀，所以材料的微观结构在高温条件下发生了很大的变化，材热物性参数如密度、等效热导率等、传质参数（渗透率）和力学性能（模强度）等都发生变化。在分析材料的热响应和力学性能时，材料在不同温件下的表观性能变化对分析结果产生很大的影响。为了更好地提高其防隔力，需要从微观尺度进行传热传质及力学表观性能分析，以更好地探究其传质机理，对材料热/力响应分析提供重要支撑。.2 国内外研究现状低密度碳/酚醛复合材料是由高孔隙率的酚醛树脂气凝胶填充短切碳纤粘结刚性骨架材料而形成的轻质耐烧蚀隔热材料，酚醛呈“雾凇”状包裹纤维表面，如图 1-3 所示。针对多孔介质的微观尺度建模及传热传质分析
温条件下低密度烧蚀材料内部树脂基体发生炭化热解，碳纤维在氧化烧蚀，所以材料的微观结构在高温条件下发生了很大的变化性参数如密度、等效热导率等、传质参数（渗透率）和力学性能）等都发生变化。在分析材料的热响应和力学性能时，材料在不的表观性能变化对分析结果产生很大的影响。为了更好地提高其需要从微观尺度进行传热传质及力学表观性能分析，以更好地探机理，对材料热/力响应分析提供重要支撑。内外研究现状密度碳/酚醛复合材料是由高孔隙率的酚醛树脂气凝胶填充短切刚性骨架材料而形成的轻质耐烧蚀隔热材料，酚醛呈“雾凇”状表面，如图 1-3 所示。针对多孔介质的微观尺度建模及传热传质内外学者在理论分析、实验测试和数值模拟计算等方面都有相关果对研究低密度碳/酚醛复合材料的微观尺度传热传质分析具有用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]空天飞行器用热防护陶瓷材料[J]. 陈玉峰,洪长青,胡成龙,胡平,李伶,刘家臣,刘玲,龙东辉,邱海鹏,汤素芳,张幸红,周长灵,周延春,朱时珍. 现代技术陶瓷. 2017(05)
[2]多孔介质流动及传热的格子Boltzmann方法研究[J]. 吴子森,董平川,袁忠超,周阴国,曹耐,许佳良. 石油科学通报. 2017(01)
[3]部分渗透格子玻尔兹曼流动及渗透率模拟计算[J]. 李如如,杨玉双,潘晋孝,林缅,刘可禹. 山西大学学报(自然科学版). 2015(02)
[4]气凝胶纳米多孔材料传热计算模型研究进展[J]. 何雅玲,谢涛. 科学通报. 2015(02)
[5]基于格子Boltzmann方法的纤维增强气凝胶复合材料等效热导率求解[J]. 何超,何雅玲,谢涛,刘清. 工程热物理学报. 2013(04)
[6]基于随机行走方法的多孔介质导热性能研究[J]. 李小川,崔晓峰,张程宾,杨卫波,施明恒. 华北电力大学学报(自然科学版). 2012(04)
[7]辐射传输的格子Boltzmann模拟[J]. 马宇,董士奎,赫晓东,谈和平. 工程热物理学报. 2011(11)
[8]轻质烧蚀材料研究综述[J]. 吴晓宏,陆小龙,李涛,易忠. 航天器环境工程. 2011(04)
[9]轻质防/隔热功能材料现状与发展[J]. 胡良全. 功能材料信息. 2010(02)
[10]利用多松弛格子Boltzmann方法预测多孔介质的渗透率[J]. 柴振华,郭照立,施保昌. 工程热物理学报. 2010(01)
博士论文
[1]新型超轻质碳/酚醛烧蚀复合材料的制备与性能研究[D]. 程海明.哈尔滨工业大学 2017
[2]SiOC基陶瓷改性碳纤维骨架复合材料及其抗氧化涂层研究[D]. 刘琛.哈尔滨工业大学 2015
[3]基于改进BESO算法的多尺度多相材料并行优化设计[D]. 王宪杰.西北工业大学 2015
[4]高硅氧/酚醛复合材料的烧蚀机理及热—力学性能研究[D]. 时圣波.哈尔滨工业大学 2013
[5]多孔陶瓷材料的弹性和传热性能研究[D]. 朱虹.哈尔滨工业大学 2011
[6]多相和多组分流动中热质传递的Lattice Boltzmann方法的数值研究[D]. 董志强.大连理工大学 2009
硕士论文
[1]基于格子玻尔兹曼方法的纤维材料耦合传热研究[D]. 刘潇蔚.哈尔滨工业大学 2016
[2]基于蒙特卡洛法分析纤维编织结构对辐射特性的影响[D]. 李悦.哈尔滨工业大学 2016
[3]辐射—导热耦合传热下复合材料当量导热性能研究[D]. 秦蓓.哈尔滨工业大学 2015
[4]短切碳纤维骨架材料的力学及导热性能研究[D]. 王鹏.哈尔滨工业大学 2015
[5]饱和多孔介质介观尺度孔隙流的Lattice Boltzmann模拟[D]. 雷长征.南京大学 2015
[6]多孔介质有效导热系数的算法研究[D]. 赵晓琳.大连理工大学 2009
本文编号：2995027
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