再入式飛行器如飛船返回艙等在進(jìn)入大氣層的過(guò)程中會(huì)經(jīng)受強(qiáng)烈的氣動(dòng)熱,因此需要熱防護(hù)系統(tǒng)（thermal protection system,TPS）以保護(hù)飛行器及內(nèi)部設(shè)備不被破壞,燒蝕法是一種常用的TPS設(shè)計(jì)方法。隨著航天器的發(fā)展,輕質(zhì)燒蝕型熱防護(hù)材料得以發(fā)展,由酚醛樹(shù)脂浸漬短切碳纖維骨架產(chǎn)生的輕質(zhì)燒蝕復(fù)合材料具有較低的密度和良好的防隔熱性能,是新一代燒蝕型航天器熱防護(hù)材料,其傳熱傳質(zhì)性能關(guān)系到熱防護(hù)的效果,因此研究并預(yù)報(bào)其等效熱導(dǎo)率、滲透率及壓縮力學(xué)性能等參數(shù)非常重要。本文從微觀(guān)角度出發(fā),觀(guān)測(cè)材料的微觀(guān)結(jié)構(gòu),建立了低密度碳/酚醛復(fù)合材料的微觀(guān)分析模型,利用格子玻爾茲曼方法（Lattice Boltzmann method,LBM）進(jìn)行了三維傳熱傳質(zhì)分析,利用有限元方法預(yù)報(bào)了材料壓縮力學(xué)性能并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。首先,對(duì)低密度碳/酚醛復(fù)合材料試樣進(jìn)行SEM觀(guān)測(cè),得到其微觀(guān)形貌,基于其微觀(guān)結(jié)構(gòu)特征,建立了隨機(jī)均勻分布的纖維網(wǎng)絡(luò)模型,對(duì)微觀(guān)模型劃分Voxel網(wǎng)格進(jìn)行前處理,作為傳熱傳質(zhì)分析的數(shù)值微觀(guān)模型。其次,基于LBM編寫(xiě)程序?qū)Φ兔芏忍?酚醛復(fù)合材料微觀(guān)尺度模型進(jìn)行傳熱傳質(zhì)分析。通過(guò)硅薄膜傳熱和... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：84 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

幾種典型的空間飛行器[2]

（a）飛行前 （b）飛行后圖 1-2 “星塵號(hào)”返回艙背板宏觀(guān)照片[6]高溫條件下低密度燒蝕材料內(nèi)部樹(shù)脂基體發(fā)生炭化熱解，碳纖維在不同發(fā)生氧化燒蝕，所以材料的微觀(guān)結(jié)構(gòu)在高溫條件下發(fā)生了很大的變化，材熱物性參數(shù)如密度、等效熱導(dǎo)率等、傳質(zhì)參數(shù)（滲透率）和力學(xué)性能（模強(qiáng)度）等都發(fā)生變化。在分析材料的熱響應(yīng)和力學(xué)性能時(shí)，材料在不同溫件下的表觀(guān)性能變化對(duì)分析結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。為了更好地提高其防隔力，需要從微觀(guān)尺度進(jìn)行傳熱傳質(zhì)及力學(xué)表觀(guān)性能分析，以更好地探究其傳質(zhì)機(jī)理，對(duì)材料熱/力響應(yīng)分析提供重要支撐。.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀低密度碳/酚醛復(fù)合材料是由高孔隙率的酚醛樹(shù)脂氣凝膠填充短切碳纖粘結(jié)剛性骨架材料而形成的輕質(zhì)耐燒蝕隔熱材料，酚醛呈“霧凇”狀包裹纖維表面，如圖 1-3 所示。針對(duì)多孔介質(zhì)的微觀(guān)尺度建模及傳熱傳質(zhì)分析

溫條件下低密度燒蝕材料內(nèi)部樹(shù)脂基體發(fā)生炭化熱解，碳纖維在氧化燒蝕，所以材料的微觀(guān)結(jié)構(gòu)在高溫條件下發(fā)生了很大的變化性參數(shù)如密度、等效熱導(dǎo)率等、傳質(zhì)參數(shù)（滲透率）和力學(xué)性能）等都發(fā)生變化。在分析材料的熱響應(yīng)和力學(xué)性能時(shí)，材料在不的表觀(guān)性能變化對(duì)分析結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。為了更好地提高其需要從微觀(guān)尺度進(jìn)行傳熱傳質(zhì)及力學(xué)表觀(guān)性能分析，以更好地探機(jī)理，對(duì)材料熱/力響應(yīng)分析提供重要支撐。內(nèi)外研究現(xiàn)狀密度碳/酚醛復(fù)合材料是由高孔隙率的酚醛樹(shù)脂氣凝膠填充短切剛性骨架材料而形成的輕質(zhì)耐燒蝕隔熱材料，酚醛呈“霧凇”狀表面，如圖 1-3 所示。針對(duì)多孔介質(zhì)的微觀(guān)尺度建模及傳熱傳質(zhì)內(nèi)外學(xué)者在理論分析、實(shí)驗(yàn)測(cè)試和數(shù)值模擬計(jì)算等方面都有相關(guān)果對(duì)研究低密度碳/酚醛復(fù)合材料的微觀(guān)尺度傳熱傳質(zhì)分析具有用。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]新型超輕質(zhì)碳/酚醛燒蝕復(fù)合材料的制備與性能研究[D]. 程海明.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[2]SiOC基陶瓷改性碳纖維骨架復(fù)合材料及其抗氧化涂層研究[D]. 劉琛.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[3]基于改進(jìn)BESO算法的多尺度多相材料并行優(yōu)化設(shè)計(jì)[D]. 王憲杰.西北工業(yè)大學(xué) 2015
[4]高硅氧/酚醛復(fù)合材料的燒蝕機(jī)理及熱—力學(xué)性能研究[D]. 時(shí)圣波.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013
[5]多孔陶瓷材料的彈性和傳熱性能研究[D]. 朱虹.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2011
[6]多相和多組分流動(dòng)中熱質(zhì)傳遞的Lattice Boltzmann方法的數(shù)值研究[D]. 董志強(qiáng).大連理工大學(xué) 2009

碩士論文
[1]基于格子玻爾茲曼方法的纖維材料耦合傳熱研究[D]. 劉瀟蔚.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[2]基于蒙特卡洛法分析纖維編織結(jié)構(gòu)對(duì)輻射特性的影響[D]. 李?lèi)?哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[3]輻射—導(dǎo)熱耦合傳熱下復(fù)合材料當(dāng)量導(dǎo)熱性能研究[D]. 秦蓓.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[4]短切碳纖維骨架材料的力學(xué)及導(dǎo)熱性能研究[D]. 王鵬.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[5]飽和多孔介質(zhì)介觀(guān)尺度孔隙流的Lattice Boltzmann模擬[D]. 雷長(zhǎng)征.南京大學(xué) 2015
[6]多孔介質(zhì)有效導(dǎo)熱系數(shù)的算法研究[D]. 趙曉琳.大連理工大學(xué) 2009



本文編號(hào)：2995027