炭氣凝膠充填泡沫碳復合結構的傳熱模擬與實驗研究.pdf

1、高超聲速飛行器在稠密大氣層長時巡航或再入過程中會遭受嚴重的氣動加熱。尋求一種新型耐高溫、輕質、高效的隔熱材料是未來高超聲速飛行器表面熱防護技術所追求的目標。將具有特殊微觀結構的炭氣凝膠和泡沫碳(RVC)復合,可制得具有良好隔熱性能的新型隔熱材料。論文主要采用數(shù)值模擬方法研究炭氣凝膠/泡沫碳復合結構的隔熱性能,初步探究了炭氣凝膠填充泡沫碳的實驗制備方法。
　　首先,分析了泡沫碳和炭氣凝膠的隔熱性能。論文根據(jù)泡沫碳的微觀結構建立了多種

2、泡沫碳骨架的模型,借助AutoCAD VBA編程,然后運用CFD軟件分析模型的傳熱性能,并從中優(yōu)選出最貼近真實泡沫碳傳熱的模型。分析結果顯示泡沫碳孔隙內(nèi)氣體導熱和輻射導熱對泡沫碳的傳熱貢獻很大,從理論上證明在泡沫碳孔隙中填充低導熱率、抗輻射的材料可以進一步提高泡沫碳的隔熱性能。而炭氣凝膠是一種理想的填充材料,本文根據(jù)相關理論和經(jīng)驗公式,建立了炭氣凝膠的傳熱模型,分別分析了氣凝膠固相導熱、氣相導熱、輻射導熱和氣-固耦合導熱。
　　其

3、次,根據(jù)炭氣凝膠、泡沫碳的傳熱特點,分析了炭氣凝膠/泡沫碳復合結構的隔熱性能;材料復合后隔熱性能得到提高,綜合性能優(yōu)于單一材料。此外,本文還分析了炭氣凝膠導熱率、泡沫碳孔隙率、溫度等參數(shù)對復合結構隔熱性能的影響規(guī)律,為復合結構的隔熱應用和實驗制備提供了參考依據(jù)。
　　最后,本文初步探究了炭氣凝膠填充泡沫碳的實驗制備方法,將氣凝膠先驅體滲入到具有特殊微觀結構的泡沫碳中,經(jīng)溶膠-凝膠反應、老化、溶劑置換、冷凍干燥和碳化等工藝后得到具有