C-SiC陶瓷基夾芯復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計與傳熱性能研究.pdf

1、鑒于高速飛行器的結(jié)構(gòu)防熱和輕質(zhì)多功能化需求，本文根據(jù)波紋和點陣夾芯結(jié)構(gòu)的構(gòu)型特征，結(jié)合功能梯度材料的特性，提出了非均勻梯度波紋點陣結(jié)構(gòu)的概念，設(shè)計了Y方向和Z方向梯度的波紋點陣結(jié)構(gòu)新構(gòu)型。基于離散坐標(biāo)輻射模型和層流模型，建立了傳導(dǎo)、輻射、對流換熱耦合條件下夾芯結(jié)構(gòu)的三維傳熱模型，提出了夾芯結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的計算方法。為保證計算方法的正確性，對夾芯結(jié)構(gòu)高溫傳熱的數(shù)值計算方法進行了驗證，數(shù)值計算結(jié)果與實驗結(jié)果具有很好的一致性。具體內(nèi)容如下:

2、r>　　首先，本文研究了不同溫度下C/SiC陶瓷基波紋和波紋點陣夾芯結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的溫度場分布，并探討了不同溫度邊界條件和不同熱傳導(dǎo)系數(shù)的填充物對C/SiC陶瓷基波紋夾芯結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)的影響。發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)在傳熱初期升溫較快，隨著時間的增長升溫幅度逐漸變小;隨著溫度的升高，結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)都逐漸升高，并且升高的趨勢逐漸增強;填充物熱傳導(dǎo)系數(shù)越小，夾芯結(jié)構(gòu)的隔熱性能越好。
　　其次，分析了不同結(jié)構(gòu)細(xì)觀尺寸與梯度波紋點陣結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的關(guān)系。

3、結(jié)果表明，當(dāng)溫度較低時，芯子的體積越大，結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)越大;而溫度較高時，芯子的體積越大，結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)越小。
　　最后，以Z方向梯度波紋點陣夾芯結(jié)構(gòu)為分析對象，研究了結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)隨空氣流場速度的變化規(guī)律，不同溫度下腔體輻射傳熱在結(jié)構(gòu)傳熱中所占的比例以及結(jié)構(gòu)內(nèi)部表面輻射發(fā)射率與其傳熱系數(shù)之間的關(guān)系。結(jié)果表明:隨著空氣流速的升高，結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)逐漸降低，但降低的趨勢逐漸變緩。隨環(huán)境溫度的升高，腔體輻射傳熱在結(jié)構(gòu)傳熱中所占的比例升高，