8ysz热障涂层隔热性能及热冲击性能的数值研究

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1、上海交通大学硕士学位论文8YSZ热障涂层隔热性能及热冲击性能的数值研究硕士研究生：凌锡祥学号：1120209227导师：王玉璋副教授申请学位：工学硕士学科：动力工程及工程热物理所在单位：机械与动力工程学院答辩日期：2015年2月授予学位单位：上海交通大学DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterNUMERICALSTUDYOFTHETHERMALINSULATIONANDTHERMALSHOCKPERFORMANCEOF8YSZTHERMALBARRIERCOATINGSCand

2、idate：LingXi-xiangStudentID:1120209227Supervisor：Prof.WangYu-zhangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerMachineryandEngineeringAffiliation：SchoolofMechanicalEngineeringDateofDefence：Feb,2015Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiaoTongUniversity上海交通大学学位论文版权使用授权书本

3、学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口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。本人授权上海交通大学可将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保巧＂＂（请在上方框内打Ｖ）学位论文作者签名：指导教师签名：日期；年）月勺日日期；年２＾月＾日上海交通大学硕士学位论文8YSZ热障涂层隔热性能及热冲击性能的数值研究摘要以燃气轮机为核心的天然气发电体系能够有效的解决我国经济

4、与社会发展过程中产生的能源与环境问题，同时以燃气轮机为核心动力的舰船飞机对促进我国国防航空事业的发展有重要作用。热障涂层的应用能够有效对燃气轮机热端部件进行热防护，有利于提高燃气透平进口温度、增加燃机的热循环效率与输出功率，延长透平使用寿命，因而对燃气轮机综合性能的增强具有重要价值。随着燃气轮机进一步向高燃气进口温度发展，具有高性能的热障涂层已成为燃机的一个重要组成部件。隔热性能和使用寿命是热障涂层的两大关键评价指标，同时由于热障涂层的热冲击性能对其使用寿命有很大影响，因此本文就热障涂层的隔热性能及热冲击性能展开研究。为了研究涂层内部微结构对其隔热性能的影响规律，本文基于多

5、孔介质的数值构造方法，获得了不同内部微结构的涂层模型。同时提出了建立在一定边界条件假设下的传热分析模型，开发了基于涂层微结构传热计算的有限差分模拟程序，对涂层内部热量传递过程以及其隔热性能进行研究。基于此程序，计算了涂层孔隙粗细、孔隙大小及孔隙方向等涂层微结构布置对其等效导热系数的影响。结果发现：层状结构涂层孔隙细长化能明显降低其等效导热系数，增强其隔热性能，而柱状结构涂层则有着相反的影响规律；不同结构涂层其等效导热系数随着孔隙大小变化规律有所差异，但涂层孔隙细小化均能使得涂层内部各区域等效导热系数及稳态导热温度场分布均匀，有利于涂层结构稳定；随着孔隙水平夹角增大，涂层等效

6、导热系数呈现正弦曲线变化规律。同时，本文以典型的双层涂层结构形式为基础模型，运用ANSYS有限元软件模拟了涂层发生热冲击时其内部热应力分布，分析涂层发生I上海交通大学硕士学位论文热冲击疲劳破坏的力学机制，并通过改变基体材料及陶瓷层厚度研究了涂层内部热应力变化规律，为减小涂层热冲击应力，提升涂层热冲击性能提供一些参考意见。关键词：热障涂层；隔热性能；微结构；等效导热系数；有限差分法；热冲击性能II上海交通大学硕士学位论文NUMERICALSTUDYOFTHETHERMALINSULATIONANDTHERMALSHOCKPERFORMANCEOF8YSZTHERMALBARR

7、IERCOATINGSABSTRACTNaturalgaspowergenerationsystemswithgasturbineasthecoreenginecaneffectivelysolvetheenergyandenvironmentproblemsgeneratedintheprocessofeconomicandsocialdevelopmentinChina,meanwhiletheshipsandaircraftwithgasturbineasthecorepowerequipmentplayan