基于格子玻爾茲曼方法的纖維材料耦合傳熱研究.pdf

1、碳纖維復(fù)合材料具有優(yōu)異的熱學(xué)和力學(xué)性能，被廣泛應(yīng)用于航天器熱防護(hù)領(lǐng)域。高溫條件下，其內(nèi)部不斷進(jìn)行導(dǎo)熱換熱和輻射換熱過程。格子Boltzmann方法具有易于實(shí)現(xiàn)的邊界條件、編碼方法簡單和具有完全并行性等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于介質(zhì)換熱過程的數(shù)值模擬中。
　　本文以三維四步編織法成型的3D碳纖維預(yù)制體編織結(jié)構(gòu)、斜角聯(lián)鎖編織法成型的2.5D碳纖維預(yù)制體編織結(jié)構(gòu)以及平紋碳布疊層法成型的2D碳纖維預(yù)制體編織結(jié)構(gòu)這三種典型編織結(jié)構(gòu)的碳纖維復(fù)合

2、材料為研究對象，基于格子Boltzmann方法理論，分別對其導(dǎo)熱、輻射以及輻射—導(dǎo)熱耦合換熱過程進(jìn)行了模擬，主要研究內(nèi)容包括：
　?。?）針對碳纖維復(fù)合材料不同編織結(jié)構(gòu)，基于格子Boltzmann方法，建立了用于熱傳導(dǎo)的聲子輸運(yùn)模型和用于熱輻射的光子輻射傳輸模型。用Fortran語言對導(dǎo)熱、輻射以及輻射—導(dǎo)熱耦合換熱過程進(jìn)行編程，通過與公開文獻(xiàn)對比驗(yàn)證了程序的可靠性及準(zhǔn)確性；
　?。?）分析了碳纖維復(fù)合材料編織結(jié)構(gòu)對其各向異

3、性導(dǎo)熱性能的影響。針對三種典型的編織結(jié)構(gòu)，計(jì)算溫度由773K升高至1773K時(shí)，不同厚度條件下材料的各向異性導(dǎo)熱性能，并分析溫度、編織結(jié)構(gòu)、幾何尺寸對其導(dǎo)熱性能的影響；
　　（3）只考慮輻射熱流時(shí)，在大尺度條件下計(jì)算三種結(jié)構(gòu)的當(dāng)量導(dǎo)熱性能，分析了溫度、編織結(jié)構(gòu)、幾何尺寸對其輻射熱流和當(dāng)量導(dǎo)熱性能的影響；
　?。?）開展了對碳纖維復(fù)合材料輻射—導(dǎo)熱耦合換熱的研究。計(jì)算三種編織結(jié)構(gòu)碳纖維復(fù)合材料的當(dāng)量熱導(dǎo)率和當(dāng)量熱擴(kuò)散率，將純導(dǎo)