树脂基热防护材料烧蚀传热机理及参数分析
发布时间：2022-02-17 14:57
随着航天事业的日新月异,对于航天器的热防护要求越来越高。由于航天器在发射以及再入过程中处于剧烈的气动加热环境,必须要用热防护材料加以保护,其中树脂基热防护材料由于综合热防护性能好、烧蚀外形变化不大、易于制作等优点,得到了较为广泛的应用。在热防护材料的研究中,地面试验和模拟分析是两项重要的手段,其中数值模拟分析易于操作,可以有效配合试验深入研究各种物理化学现象与机制,受到了充分的重视。由于热防护材料的热防护机理和参数影响规律还不清楚,本文采用数值方法分析了热防护材料的烧蚀传热机理,重点研究热防护材料的热响应特性,以及影响热防护材料性能的关键因素,为材料的选取及设计提供参考依据。首先,在对国内现有模型改进的基础上,本文建立了包括烧蚀面、碳化层、热解层、原始层的材料热响应一维综合分析模型,该模型和国外相对成熟的模型吻合得很好,与实验数据对比显示精度良好。通过该模型,本文在移动边界和变化网格的情况下,分析了热防护材料烧蚀传热过程的传热特性,得出了材料的热响应规律,发现热解层厚度不可忽略,而热解气体流动以及引射效应十分重要。随后,本文利用上述模型对树脂基热防护材料烧蚀过程中的关键参数进行了敏感性...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省211工程院校985工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 应用背景
1.2 研究现状
1.2.1 热防护材料烧蚀传热试验
1.2.2 热防护材料烧蚀传热模型分析
1.2.3 关键参数影响与参数反演预测
1.3 本文主要工作
第二章 树脂基热防护材料烧蚀传热模型及分析
2.1 本章简介
2.2 树脂基热防护材料分析模型
2.2.1 热响应模型
2.2.2 边界条件处理
2.2.3 数值模拟方法和过程
2.3 模型验证
2.3.1 与成熟的模型程序验证
2.3.2 与试验数据验证
2.4 本章小结
第三章 树脂基热防护材料关键影响参数及热效应分析
3.1 本章简介
3.2 参数对于热防护性能的影响
3.2.1 材料密度
3.2.2 材料热导率
3.2.3 材料比热容
3.2.4 热解潜热
3.2.5 热解温度
3.2.6 初始温度
3.2.7 材料厚度
3.3 敏感性分析
3.4 热效应分析
3.5 本章小结
第四章 基于温度数据的热物性参数反演预测
4.1 本章简介
4.2 反演预测方法
4.3 热物性预测结果
4.3.1 采用模拟数据反演的结果
4.3.2 采用实验数据反演的结果
4.3.3 反演参数对模拟分析的作用
4.4 本章小结
第五章 热防护材料无量纲准则与一般规律研究
5.1 本章简介
5.2 无量纲分析方法
5.3 无量纲准则
5.3.1 材料3
5.3.2 材料4
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 本文工作总结
6.2 后续工作展望
参考文献
附录 符号表
在读期间发表的学术论文及研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳化材料三维烧蚀热响应有限元计算研究[J]. 刘骁,国义军,刘伟,曾磊. 宇航学报. 2016(09)
[2]热解气体流动的二维烧蚀热防护数值仿真研究[J]. 张涛. 宇航学报. 2014(01)
[3]三维烧蚀内部热响应数值计算研究[J]. 张涛,孙冰. 宇航学报. 2012(03)
[4]Application study of a correction method for a spacecraft thermal model with a Monte-Carlo hybrid algorithm[J]. CHENG WenLong 1*,LIU Na 1,LI Zhi 2,ZHONG Qi 3,WANG AiMing 2,ZHANG ZhiMin 2 & HE ZongBo 2 1 Department of Thermal Science and Energy Engineering,University of Science and Technology of China,Hefei 230027,China;2 Research and Development Center,China Academy of Space Technology,Beijing 100094,China;3 Beijing Institute of Spacecraft System Engineering,Chinese Academy of Space Technology,Beijing 100094,China. Chinese Science Bulletin. 2011(13)
[5]基于蒙特卡罗法的卫星热模型参数敏感性分析研究[J]. 刘娜,程文龙,钟奇,范庆梅. 航天器工程. 2009(04)
[6]烧蚀材料综述[J]. 高守臻,魏化震,李大勇,齐风杰. 化工新型材料. 2009(02)
[7]航天器热防护材料研究现状与发展趋势[J]. 石振海,李克智,李贺军,田卓. 材料导报. 2007(08)
[8]热防护材料的研究进展[J]. 范真祥,程海峰,张长瑞,唐耿平. 材料导报. 2005(01)
[9]树脂基材料的高温烧蚀变形[J]. 梁军,周振功,杜善义. 复合材料学报. 2002(03)
博士论文
[1]防热复合材料烧蚀行为的数值模拟[D]. 杨德军.兰州理工大学 2013
[2]硅橡胶基绝热材料及其热化学烧蚀机理研究[D]. 杨栋.国防科学技术大学 2013
本文编号：3629610
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省211工程院校985工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 应用背景
1.2 研究现状
1.2.1 热防护材料烧蚀传热试验
1.2.2 热防护材料烧蚀传热模型分析
1.2.3 关键参数影响与参数反演预测
1.3 本文主要工作
第二章 树脂基热防护材料烧蚀传热模型及分析
2.1 本章简介
2.2 树脂基热防护材料分析模型
2.2.1 热响应模型
2.2.2 边界条件处理
2.2.3 数值模拟方法和过程
2.3 模型验证
2.3.1 与成熟的模型程序验证
2.3.2 与试验数据验证
2.4 本章小结
第三章 树脂基热防护材料关键影响参数及热效应分析
3.1 本章简介
3.2 参数对于热防护性能的影响
3.2.1 材料密度
3.2.2 材料热导率
3.2.3 材料比热容
3.2.4 热解潜热
3.2.5 热解温度
3.2.6 初始温度
3.2.7 材料厚度
3.3 敏感性分析
3.4 热效应分析
3.5 本章小结
第四章 基于温度数据的热物性参数反演预测
4.1 本章简介
4.2 反演预测方法
4.3 热物性预测结果
4.3.1 采用模拟数据反演的结果
4.3.2 采用实验数据反演的结果
4.3.3 反演参数对模拟分析的作用
4.4 本章小结
第五章 热防护材料无量纲准则与一般规律研究
5.1 本章简介
5.2 无量纲分析方法
5.3 无量纲准则
5.3.1 材料3
5.3.2 材料4
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 本文工作总结
6.2 后续工作展望
参考文献
附录 符号表
在读期间发表的学术论文及研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳化材料三维烧蚀热响应有限元计算研究[J]. 刘骁,国义军,刘伟,曾磊. 宇航学报. 2016(09)
[2]热解气体流动的二维烧蚀热防护数值仿真研究[J]. 张涛. 宇航学报. 2014(01)
[3]三维烧蚀内部热响应数值计算研究[J]. 张涛,孙冰. 宇航学报. 2012(03)
[4]Application study of a correction method for a spacecraft thermal model with a Monte-Carlo hybrid algorithm[J]. CHENG WenLong 1*,LIU Na 1,LI Zhi 2,ZHONG Qi 3,WANG AiMing 2,ZHANG ZhiMin 2 & HE ZongBo 2 1 Department of Thermal Science and Energy Engineering,University of Science and Technology of China,Hefei 230027,China;2 Research and Development Center,China Academy of Space Technology,Beijing 100094,China;3 Beijing Institute of Spacecraft System Engineering,Chinese Academy of Space Technology,Beijing 100094,China. Chinese Science Bulletin. 2011(13)
[5]基于蒙特卡罗法的卫星热模型参数敏感性分析研究[J]. 刘娜,程文龙,钟奇,范庆梅. 航天器工程. 2009(04)
[6]烧蚀材料综述[J]. 高守臻,魏化震,李大勇,齐风杰. 化工新型材料. 2009(02)
[7]航天器热防护材料研究现状与发展趋势[J]. 石振海,李克智,李贺军,田卓. 材料导报. 2007(08)
[8]热防护材料的研究进展[J]. 范真祥,程海峰,张长瑞,唐耿平. 材料导报. 2005(01)
[9]树脂基材料的高温烧蚀变形[J]. 梁军,周振功,杜善义. 复合材料学报. 2002(03)
博士论文
[1]防热复合材料烧蚀行为的数值模拟[D]. 杨德军.兰州理工大学 2013
[2]硅橡胶基绝热材料及其热化学烧蚀机理研究[D]. 杨栋.国防科学技术大学 2013
本文编号：3629610
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