树脂基热防护材料烧蚀传热机理及参数分析

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1、？ｓ錚给在尤大篆ｆＬ：ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＣｈｉｎａ硕士学位论文馨论文题目树脂Ａ热防栌材料旄蚀＃热机理及参教分析王－教作者姓名学科访力工程及工程热物理专业程綠导师姓名二？—八年五月完成时间肀齒科＃敉水太＃硕士学位论文戀树脂基热防护材料烧蚀传热机理及参数分析作者姓名：王潇敏学科专业：动力工程及工程热物理导师姓名：程文龙教授一完成时间：二〇八年五月十日Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔ

2、ｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＣｈｉｎａＡ’ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎｆｏｒＭａｓｔｅｒｓｄｅｒｅｅｇ戀Ｍｅｃｈ３门ｉｓｍ３门ｄＰａｒａｍｅｔｅｒｓＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＡｂｌａｔｉｖｅＨｅａｔＴｒａｎｓｆｅｒｏｆＲｅｓｉｎＢａｓｅｄＴｈｅｒｍａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＭａｔｅｒｉａｌＡｕｔｈｏｒ：ＸｉａｏｍｉｎＷａｎｇＳｐｅｃｉａｌｉｔｙ：ＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｈｅｒｍｏｐｈｙｓｉｃｓＳｕ

3、ｅｒｖ－ｉｓｏｒ：ｒｏｆｅｎｐＰ．ＷＬｏｎｇＣｈｅｎｇｎｔｈＦｉｉｓｈｅｄｔｉｍｅ：Ｍａ１０２０１８ｙ，中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除己特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人己经发表或撰写过的研究成果一。与我同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中作了明确的说明。＇＇作者签名１：签字日期〇＾＿泰：ｚ）＾Ｉ中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中

4、国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，ｇ卩：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅’可以将学位论文编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。＾开□保密（—年）１＇１作者签名：至鼻导师签名：卞今－■？签字曰期？２１ｉ＞？＾签字日期：＞（Ｌｂ．Ｓｍｍ＿摘要随着航天事业的日新月异，对于航天器的热防护要求越

5、来越高。由于航天器在发射以及再入过程中处于剧烈的气动加热环境，必须要用热防护材料加以保护，其中树脂基热防护材料由于综合热防护性能好、烧蚀外形变化不大、易于制作等优点，得到了较为广泛的应用。在热防护材料的研宄中，地面试验和模拟分析是两项重要的手段，其中数值模拟分析易于操作，可以有效配合试验深入研宄各种物理化学现象与机制，受到了充分的重视。由于热防护材料的热防护机理和参数影响规律还不清楚，本文采用数值方法分析了热防护材料的烧蚀传热机理，重点研宄热防护材料的热响应特性，以及影响热防护材料性能的关键因素，为材料的

6、选取及设计提供参考依据。首先，在对国内现有模型改进的基础上，本文建立了包括烧蚀面、碳化层、一热解层、原始层的材料热响应维综合分析模型，该模型和国外相对成熟的模型吻合得很好，，与实验数据对比显示精度良好。通过该模型本文在移动边界和变化网格的情况下，分析了热防护材料烧蚀传热过程的传热特性，得出了材料的热响应规律，发现热解层厚度不可忽略，而热解气体流动以及引射效应十分重要。随后，本文利用上述模型对树脂基热防护材料烧蚀过程中的关键参数进行了敏感性和热效应分析。结果表明，材料的热导率对树脂基热防护材料烧蚀传热特

7、，密度、比热容影响程度其次性影响最大，其他参数的影响性则很小，为材料参数选取以及模型修正提供了理论基础。参数对于材料热防护性能的影响主要体现在各种热效应上，对于传统的酚醛树脂材料，其密度，、比热容和热导率都比较大在长时间大热流密度的工况下，往往只有热容效应起作用，气体流动效应不明显，并且由于表面烧蚀反应为放热反应，使得材料很难具有高效的热防护性能。基于上述结论，本文得出提高热防护材料防隔热性能的基本准则，即研宄低热导率、，从而减小热传导效应高热解潜热、抗烧蚀型的材料、烧蚀效应，提高辐射效应、热解效应、

8、气体流动效应。，实现多种热效应协同工作针对ｈ前烧蚀过程的热物性参数难以测：ｙ：，其取ｉ）Ｕ：要丛ｊ人为经验的问题，本文采用随机近似方法对烧蚀过程的关键热物性参数进行了反演。报据敏感性分析的结果、碳，按照敏感性的大小确定