8YSZ热障涂层隔热性能及热冲击性能的数值研究

发布时间：2017-07-30 23:09

  本文关键词：8YSZ热障涂层隔热性能及热冲击性能的数值研究

  更多相关文章： 热障涂层 隔热性能 微结构 等效导热系数 有限差分法 热冲击性能

【摘要】：以燃气轮机为核心的天然气发电体系能够有效的解决我国经济与社会发展过程中产生的能源与环境问题,同时以燃气轮机为核心动力的舰船飞机对促进我国国防航空事业的发展有重要作用。热障涂层的应用能够有效对燃气轮机热端部件进行热防护,有利于提高燃气透平进口温度、增加燃机的热循环效率与输出功率,延长透平使用寿命,因而对燃气轮机综合性能的增强具有重要价值。随着燃气轮机进一步向高燃气进口温度发展,具有高性能的热障涂层已成为燃机的一个重要组成部件。隔热性能和使用寿命是热障涂层的两大关键评价指标,同时由于热障涂层的热冲击性能对其使用寿命有很大影响,因此本文就热障涂层的隔热性能及热冲击性能展开研究。为了研究涂层内部微结构对其隔热性能的影响规律,本文基于多孔介质的数值构造方法,获得了不同内部微结构的涂层模型。同时提出了建立在一定边界条件假设下的传热分析模型,开发了基于涂层微结构传热计算的有限差分模拟程序,对涂层内部热量传递过程以及其隔热性能进行研究。基于此程序,计算了涂层孔隙粗细、孔隙大小及孔隙方向等涂层微结构布置对其等效导热系数的影响。结果发现:层状结构涂层孔隙细长化能明显降低其等效导热系数,增强其隔热性能,而柱状结构涂层则有着相反的影响规律;不同结构涂层其等效导热系数随着孔隙大小变化规律有所差异,但涂层孔隙细小化均能使得涂层内部各区域等效导热系数及稳态导热温度场分布均匀,有利于涂层结构稳定;随着孔隙水平夹角增大,涂层等效导热系数呈现正弦曲线变化规律。同时,本文以典型的双层涂层结构形式为基础模型,运用ANSYS有限元软件模拟了涂层发生热冲击时其内部热应力分布,分析涂层发生热冲击疲劳破坏的力学机制,并通过改变基体材料及陶瓷层厚度研究了涂层内部热应力变化规律,为减小涂层热冲击应力,提升涂层热冲击性能提供一些参考意见。
【关键词】：热障涂层 隔热性能 微结构 等效导热系数 有限差分法 热冲击性能
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4;TK476
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.1.1 研究背景12-13
• 1.1.2 研究意义13
• 1.2 热障涂层结构及材料研究现状13-16
• 1.2.1 热障涂层结构及主要制备技术13-15
• 1.2.2 涂层主要应用材料体系15-16
• 1.3 热障涂层隔热性能研究现状16-19
• 1.3.1 基于涂层微结构的隔热性能研究16-18
• 1.3.2 涂层等效导热系数主要获取方法18-19
• 1.4 热障涂层热冲击性能研究现状19-20
• 1.5 本文主要研究及工作内容20-22
• 第二章 涂层建模方法及介质传热的数学理论22-31
• 2.1 热障涂层介质重构22-26
• 2.1.1 涂层介质的数值构造方法22-23
• 2.1.2 典型涂层介质的数值构造过程23-24
• 2.1.3 涂层介质的真实结构识别方法24-25
• 2.1.4 典型涂层介质的真实结构识别过程25-26
• 2.2 基于涂层微结构传热计算的有限差分法26-27
• 2.3 基于涂层系统热应力分析的有限单元法27-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 涂层微结构的构造及传热分析模型建立31-44
• 3.1 涂层数值结构模型构造及可靠性验证31-38
• 3.1.1 不同孔隙率下的结构模型32-33
• 3.1.2 不同孔隙粗细的结构模型33-34
• 3.1.3 不同孔隙大小的结构模型34-35
• 3.1.4 不同孔隙方向的结构模型35-37
• 3.1.5 涂层数值结构模型可靠性验证37-38
• 3.2 涂层传热计算模型的建立及有效性验证38-43
• 3.2.1 涂层传热数值模拟的有限差分模型39-41
• 3.2.2 涂层传热的有限差分模型有效性验证41-43
• 3.3 本章小结43-44
• 第四章 涂层隔热性能的模拟结果及分析44-69
• 4.1 数值模拟参数选取44-45
• 4.2 涂层微结构对涂层系统传热过程的影响45-48
• 4.2.1 涂层系统模型建立及参数选取45-47
• 4.2.2 涂层系统传热的模拟结果及分析47-48
• 4.3 涂层温度对涂层等效导热系数的影响48-50
• 4.4 涂层孔隙粗细对其隔热性能的影响50-54
• 4.4.1 柱状结构涂层孔隙粗细对其隔热性能的影响50-53
• 4.4.2 层状结构涂层孔隙粗细对其隔热性能的影响53-54
• 4.5 涂层孔隙大小对隔热性能的影响54-66
• 4.5.1 柱状结构涂层孔隙大小对其隔热性能的影响55-59
• 4.5.2 层状结构涂层孔隙大小对其隔热性能的影响59-64
• 4.5.3 均匀状结构涂层孔隙大小对其隔热性能的影响64-66
• 4.6 涂层孔隙方向对其隔热性能的影响66-68
• 4.7 本章小结68-69
• 第五章 涂层热冲击性能的有限元模拟69-80
• 5.1 涂层系统简化模型建立69
• 5.2 模型网格划分及载荷加载69-71
• 5.3 涂层热冲击性能的模拟结果及分析71-79
• 5.3.1 典型涂层内部温度场及热应力分布71-75
• 5.3.2 基体的材质对涂层热冲击性能的影响75-77
• 5.3.3 陶瓷层厚度对涂层热冲击性能的影响77-79
• 5.4 本章小结79-80
• 第六章 结论与展望80-82
• 6.1 主要工作总结80-81
• 6.2 研究展望81-82
• 参考文献82-87
• 致谢87-88
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文88

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王利强 ,阎殿然 ,何继宁 ,宋向阳;热障涂层研究状况及进展[J];新技术新工艺;2002年03期

2 谢冬柏,王福会;热障涂层研究的历史与现状[J];材料导报;2002年03期

3 刘志;周洪;;热障涂层研究进展[J];河海大学常州分校学报;2006年03期

4 李美Y，

本文编号：596442