多孔介质隔热材料中的辐射热传递分析

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1、V01．20No．1航天器工程第20卷第1期8SPACECRAFTENGINEERING2011年1月多孔介质隔热材料中的辐射热传递分析范绪箕(上海交通大学机械与动力工程学院，上海200030)摘要新型的多孔材料以其重量轻、强度高备受航天工程设计人员的亲睐，尤其是作为隔热材料使用，可以说是航天工程热防护系统的热门材料。多孔介质在辐射热传递方面具有吸收发射和散射的功能，这些功能在其接受外来热流的作用下，于内部达到热能量平衡，求解这一平衡方程就可以求出辐射热流在材料中的分布。由于求解这一方程的困难，许多学者对材料特性作

2、出了不同的简化，取得了多种近似的结果。文章不直接对材料特性做任何假设，而是根据预测模拟一个温度分布和热流强度的周向分量，采用分离变量法来求解热流强度，虽然分离变量法也关系到材料特性变化，然而可以根据曲线拟合法采取接近于实际的模拟，再通过迭代运算求得辐射强度更好的结果。关键词多孔介质；吸收；发射；散射；分离变量；曲线拟合中图分类号：V45文献标志码：A文章编号：1673-874812011)01-0008—06ontheRadiativeHeatTransferinthePorousMediumFANXuji(Sch

3、oolofMechanicalandPowerEngineering，ShanghaiJiaoTongUniversity，Shanghai200030，China)Abstract：Inthelightofthelightweightandhighstrengthofthenewtypeofporousmaterials，itisfavouredbythedesignersofaerospaceengineering，especiallywhenitisusedasinsulationma—terial，henc

4、eitcanbereckonedasademandingmaterialintheheatprotectionsystemsofaero—spaceengineering．Radiativeheattransferassociatewithaporousmediumconsistsofheatenergyabsorption，emissionandscattering，whichattainequilibriumundertheexternalheat．Becauseofthedifficultiesinsolvi

5、ngthisequilibriumequation，manyresearchersmadesimplificationsbymakingdifferentassumptionsonthematerialpropertiestoobtainapproximiateresults．Thispa—perisintendedtOavoidtheseassumptions，insteadbysimulatingapredictedtemperaturedistri—butionandradialintensityofradi

6、ationinmethodofseparationofvariabletOsolvefortheradia—tireintensity．AlthoughthemethodwouldinrelationtOchangesofthematerialproperties，throughthemethodofcurvefittingonecouldadjustthesimulationstOmakethemmoreclosetotheirtruevalue，henceforthbyiterationprocessestoo

7、btainbetterresultfortheradiativein—tensity．Keywords：porousmedium；absorption；emission；scattering；separationofvariable；curvefit—ting收稿日期：2010—10—25；修回日期：2010-ll—19作者简介：范绪箕(1914一)，男．教授．曾任上海交通大学校长，1955年被评为一级教授，获1978年全国科学大会一等美、1985年国家科技进步美等多项国家级美励，研究方向为气动加热与热防护系统．第

8、1期范绪箕：多孑L介质隔热材料中的辐射热传递分析91引言隔热材料是用于减少结构物与环境热交换的一种功能型材料，对于航天工程来说，为了防止高温热气流烧蚀，火箭发动机燃烧室或气动加热烧蚀飞行器机体都必需采用隔热材料。通常隔热材料由轻质疏松的纤维状材料、轻质多孔状材料或颗粒状松散填充材料等制成，通过松散材料中的微小气孔使热辐射经反射、散射和吸收而降低到最低。例如：