本文關(guān)鍵詞：8YSZ熱障涂層隔熱性能及熱沖擊性能的數(shù)值研究

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【摘要】：以燃?xì)廨啓C(jī)為核心的天然氣發(fā)電體系能夠有效的解決我國(guó)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展過程中產(chǎn)生的能源與環(huán)境問題,同時(shí)以燃?xì)廨啓C(jī)為核心動(dòng)力的艦船飛機(jī)對(duì)促進(jìn)我國(guó)國(guó)防航空事業(yè)的發(fā)展有重要作用。熱障涂層的應(yīng)用能夠有效對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)熱端部件進(jìn)行熱防護(hù),有利于提高燃?xì)馔钙竭M(jìn)口溫度、增加燃機(jī)的熱循環(huán)效率與輸出功率,延長(zhǎng)透平使用壽命,因而對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)綜合性能的增強(qiáng)具有重要價(jià)值。隨著燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)一步向高燃?xì)膺M(jìn)口溫度發(fā)展,具有高性能的熱障涂層已成為燃機(jī)的一個(gè)重要組成部件。隔熱性能和使用壽命是熱障涂層的兩大關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo),同時(shí)由于熱障涂層的熱沖擊性能對(duì)其使用壽命有很大影響,因此本文就熱障涂層的隔熱性能及熱沖擊性能展開研究。為了研究涂層內(nèi)部微結(jié)構(gòu)對(duì)其隔熱性能的影響規(guī)律,本文基于多孔介質(zhì)的數(shù)值構(gòu)造方法,獲得了不同內(nèi)部微結(jié)構(gòu)的涂層模型。同時(shí)提出了建立在一定邊界條件假設(shè)下的傳熱分析模型,開發(fā)了基于涂層微結(jié)構(gòu)傳熱計(jì)算的有限差分模擬程序,對(duì)涂層內(nèi)部熱量傳遞過程以及其隔熱性能進(jìn)行研究�；诖顺绦�,計(jì)算了涂層孔隙粗細(xì)、孔隙大小及孔隙方向等涂層微結(jié)構(gòu)布置對(duì)其等效導(dǎo)熱系數(shù)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn):層狀結(jié)構(gòu)涂層孔隙細(xì)長(zhǎng)化能明顯降低其等效導(dǎo)熱系數(shù),增強(qiáng)其隔熱性能,而柱狀結(jié)構(gòu)涂層則有著相反的影響規(guī)律;不同結(jié)構(gòu)涂層其等效導(dǎo)熱系數(shù)隨著孔隙大小變化規(guī)律有所差異,但涂層孔隙細(xì)小化均能使得涂層內(nèi)部各區(qū)域等效導(dǎo)熱系數(shù)及穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱溫度場(chǎng)分布均勻,有利于涂層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定;隨著孔隙水平夾角增大,涂層等效導(dǎo)熱系數(shù)呈現(xiàn)正弦曲線變化規(guī)律。同時(shí),本文以典型的雙層涂層結(jié)構(gòu)形式為基礎(chǔ)模型,運(yùn)用ANSYS有限元軟件模擬了涂層發(fā)生熱沖擊時(shí)其內(nèi)部熱應(yīng)力分布,分析涂層發(fā)生熱沖擊疲勞破壞的力學(xué)機(jī)制,并通過改變基體材料及陶瓷層厚度研究了涂層內(nèi)部熱應(yīng)力變化規(guī)律,為減小涂層熱沖擊應(yīng)力,提升涂層熱沖擊性能提供一些參考意見。
【關(guān)鍵詞】：熱障涂層 隔熱性能 微結(jié)構(gòu) 等效導(dǎo)熱系數(shù) 有限差分法 熱沖擊性能
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG174.4;TK476
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-22
• 1.1 研究背景及意義12-13
• 1.1.1 研究背景12-13
• 1.1.2 研究意義13
• 1.2 熱障涂層結(jié)構(gòu)及材料研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 熱障涂層結(jié)構(gòu)及主要制備技術(shù)13-15
• 1.2.2 涂層主要應(yīng)用材料體系15-16
• 1.3 熱障涂層隔熱性能研究現(xiàn)狀16-19
• 1.3.1 基于涂層微結(jié)構(gòu)的隔熱性能研究16-18
• 1.3.2 涂層等效導(dǎo)熱系數(shù)主要獲取方法18-19
• 1.4 熱障涂層熱沖擊性能研究現(xiàn)狀19-20
• 1.5 本文主要研究及工作內(nèi)容20-22
• 第二章 涂層建模方法及介質(zhì)傳熱的數(shù)學(xué)理論22-31
• 2.1 熱障涂層介質(zhì)重構(gòu)22-26
• 2.1.1 涂層介質(zhì)的數(shù)值構(gòu)造方法22-23
• 2.1.2 典型涂層介質(zhì)的數(shù)值構(gòu)造過程23-24
• 2.1.3 涂層介質(zhì)的真實(shí)結(jié)構(gòu)識(shí)別方法24-25
• 2.1.4 典型涂層介質(zhì)的真實(shí)結(jié)構(gòu)識(shí)別過程25-26
• 2.2 基于涂層微結(jié)構(gòu)傳熱計(jì)算的有限差分法26-27
• 2.3 基于涂層系統(tǒng)熱應(yīng)力分析的有限單元法27-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 第三章 涂層微結(jié)構(gòu)的構(gòu)造及傳熱分析模型建立31-44
• 3.1 涂層數(shù)值結(jié)構(gòu)模型構(gòu)造及可靠性驗(yàn)證31-38
• 3.1.1 不同孔隙率下的結(jié)構(gòu)模型32-33
• 3.1.2 不同孔隙粗細(xì)的結(jié)構(gòu)模型33-34
• 3.1.3 不同孔隙大小的結(jié)構(gòu)模型34-35
• 3.1.4 不同孔隙方向的結(jié)構(gòu)模型35-37
• 3.1.5 涂層數(shù)值結(jié)構(gòu)模型可靠性驗(yàn)證37-38
• 3.2 涂層傳熱計(jì)算模型的建立及有效性驗(yàn)證38-43
• 3.2.1 涂層傳熱數(shù)值模擬的有限差分模型39-41
• 3.2.2 涂層傳熱的有限差分模型有效性驗(yàn)證41-43
• 3.3 本章小結(jié)43-44
• 第四章 涂層隔熱性能的模擬結(jié)果及分析44-69
• 4.1 數(shù)值模擬參數(shù)選取44-45
• 4.2 涂層微結(jié)構(gòu)對(duì)涂層系統(tǒng)傳熱過程的影響45-48
• 4.2.1 涂層系統(tǒng)模型建立及參數(shù)選取45-47
• 4.2.2 涂層系統(tǒng)傳熱的模擬結(jié)果及分析47-48
• 4.3 涂層溫度對(duì)涂層等效導(dǎo)熱系數(shù)的影響48-50
• 4.4 涂層孔隙粗細(xì)對(duì)其隔熱性能的影響50-54
• 4.4.1 柱狀結(jié)構(gòu)涂層孔隙粗細(xì)對(duì)其隔熱性能的影響50-53
• 4.4.2 層狀結(jié)構(gòu)涂層孔隙粗細(xì)對(duì)其隔熱性能的影響53-54
• 4.5 涂層孔隙大小對(duì)隔熱性能的影響54-66
• 4.5.1 柱狀結(jié)構(gòu)涂層孔隙大小對(duì)其隔熱性能的影響55-59
• 4.5.2 層狀結(jié)構(gòu)涂層孔隙大小對(duì)其隔熱性能的影響59-64
• 4.5.3 均勻狀結(jié)構(gòu)涂層孔隙大小對(duì)其隔熱性能的影響64-66
• 4.6 涂層孔隙方向?qū)ζ涓魺嵝阅艿挠绊?/span>66-68
• 4.7 本章小結(jié)68-69
• 第五章 涂層熱沖擊性能的有限元模擬69-80
• 5.1 涂層系統(tǒng)簡(jiǎn)化模型建立69
• 5.2 模型網(wǎng)格劃分及載荷加載69-71
• 5.3 涂層熱沖擊性能的模擬結(jié)果及分析71-79
• 5.3.1 典型涂層內(nèi)部溫度場(chǎng)及熱應(yīng)力分布71-75
• 5.3.2 基體的材質(zhì)對(duì)涂層熱沖擊性能的影響75-77
• 5.3.3 陶瓷層厚度對(duì)涂層熱沖擊性能的影響77-79
• 5.4 本章小結(jié)79-80
• 第六章 結(jié)論與展望80-82
• 6.1 主要工作總結(jié)80-81
• 6.2 研究展望81-82
• 參考文獻(xiàn)82-87
• 致謝87-88
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文88

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1 王利強(qiáng) ,閻殿然 ,何繼寧 ,宋向陽(yáng);熱障涂層研究狀況及進(jìn)展[J];新技術(shù)新工藝;2002年03期

2 謝冬柏,王福會(huì);熱障涂層研究的歷史與現(xiàn)狀[J];材料導(dǎo)報(bào);2002年03期

3 劉志;周洪;;熱障涂層研究進(jìn)展[J];河海大學(xué)常州分校學(xué)報(bào);2006年03期

4 李美Y，

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