2018傳熱傳質學年會集

（中國空氣動力研究與，空氣動力學國家，綿陽( , ：陶瓷基復合材料在熱防護性能和結構性能方面具有優(yōu)勢，但如多尺度、非線性和不均勻等0基于新型復合材料的防熱承載一體的非燒蝕防熱系統(tǒng)正成為新一代高超飛行器的新特（T--護系最著特。動性求致外會在構面成高熱，再--、陶瓷基復合材料的耐高溫低密度高比模抗氧化和抗燒蝕等性能優(yōu)異，、本文以新一代高超聲速飛行器所用連續(xù)纖維增韌陶瓷基復合防熱材料為研1熱防護材料建SiC基體組成。C/SiC復合材料使用Fig.1Three-dimensionalviewofneedle-punchedcarbonfiber-prefabricatedformandmicrostructurediagraminsidethefiberbundles維絲，PyCSiC（I2含有PyC層的纖維絲和纖維絲的六角排列模Fig.2FilamentcontainingpyrolyticcarbonlayersandthehexagonalarrangementmodelofSfiber r+d2

2

kZkfVfkPyCVPyC

其中，Vf，VPyC和Vm分別是細絲，界面層和基體的體積分數(shù)。對于橫向傳熱系數(shù)，沒有kXY,lower1

kf2

km

kXY,upperVfkf2

3D機織織物有多3D編織互鎖織物，另一3D正交織物。3D2D3D織造織物，使用Z紗線穿過織物的所有厚度或層與層之間。1是典型的這種編織結構。三組不同的紗線組成，經(jīng)紗（Y紗線（X紗線）和（Z紗線Z紗放置在預3D正交織物中，經(jīng)紗和緯紗之間不存在交織，并且它們彼此垂直。另一方面，Z紗通過在緯紗上沿Y方向交織（向上和向下移動）來結合經(jīng)紗和緯SEM圖像。其他編織結構可以按照相同的方式根據(jù)其中間結構來建模。33D正交機織結構示意Fig.3Wovenstructurediagramof3D（a）X-Y平 （b）Z平4掃描電子顯微鏡觀察中觀結構特Fig.4Scanningelectronmicroscopyimageofmeso-structure5所示的介觀結構模型。

5介觀結構建Fig.5Meso-structureCT

T

T

T

p XxX YyY ZzZ keff

nqdcTup和Tdown分別是上表面溫度和下表面溫度。基于n

effneff V

T300碳纖維細絲制成?；诖?，對材料的傳熱特性進行7μm，不同廠家有輕微的偏差。PyC層通常是均0.1μm[6]。當1?10μm范圍內的影響。纖維絲、PyC層和碳12T300碳纖維絲分析方法同SiC絲的復合材料傳熱特性研究。Table1ThermalpropertyparametersofT300andSiC部 導熱系數(shù)k/（W/m?K）密度ρ 比熱Cp

kf1

kf2

表柱狀和層狀PyC的性質實驗誤 Table2Propertiesofcolumnarandlaminarpyrolytic 密度Ab

kf1

kf20-100°C10-

f1

f2PyC層的生長。因PyCPyC層厚度由于7還顯示了纖維束的橫向熱導率作為纖維體積分數(shù)的函數(shù)。可以發(fā)現(xiàn)，隨著纖Fig.6Variationofequivalentlongitudinalandtransversethermal ysisFig.7Variationofequivalentlongitudinalandtransversethermalconductivitieswithfibervolumein隨著纖維束尺寸的增大，橫截面積增大，RVE的長度和寬度增加，Z方向高度保95的RVE單元模型表面和纖維預制件的溫度分布?？梢园l(fā)現(xiàn)，10中可以看出，隨著層數(shù)的增加，Z方向等效熱導率增加，但增加速率逐漸Z方向溫度分布可以看出，除與加熱面的第一層接Fig.8EquivalentspecificheatandthermalconductivityofbraidedunitcellwithdifferentsizeofFig.9Temperaturecontouronsurfacesofunitcellandfiber10多層電池中Z方向的熱導率和溫度梯度輪Fig.10ThermalconductivityandtemperaturegradientcontourofZ-directioninmultilayerLiS,REIDSR.OntheSymmetryConditionsforLaminatedFibre-ReinforcedCompositeStructures[J].InternationalJournalofSolidsandStructures,1992,29(23):2867-2880.López-PuenteJ,LiS.ysisofStrainRateSensitivityofCarbon/EpoxyWovenCompositesInternationalJournalofImpactEngineering,2012,48:54-SNAGWOOKS,ROYAK.Enhancementofthrough-thicknessthermalconductivityofnanotube-reinforcedcomposite:AIAA-2008-1771[R].Reston:AIAA,2008.RicksT,LacyT,BednarcykB,ArnoldS.AMultiscaleModelingMethodologyforMetalMatrixCompositesIncludingFiberStrengthStochastics[J].2012MinJB,XueD,ShiY.MicromechanicsFatigueDamageysisModelingforFabricReinforcedCeramicMatrixComposites[C],54thAIAA/ASME/ASCE/AHS/ASCStructures,StructuralDynamics,andMaterialsConference,Boston,Massachusetts,2013BurgioF,FabbriP,MagnaniG,ScafèM,PilloniL,BrentariA,BrillanteA,SalzilloT.Cf/CComposites:Strutturale,2014,30:68-74.GlassDE.CeramicMatrixComposite(CMC)ThermalProtectionSystems(TPS)andHotStructuresfor icVehicles[C],15thAIAASpacePlanesandHyicSystemsandnference,RLV:GenericShingle,Pre-X/FLPPAnticipatedDevelopmentTestStudies[C],AIAA/CIRA13thInternationalSpacePlanesandHy icsSystemsandTechnologyConference,Ca,Italy,2005LiuS,ChengG,GuY,GrandhiRV.PredictionofThermo-ElasticPropertiesandOptimalDesignofGradientMaterials