目錄
序
前言
第1章 熱防護(hù)材料與結(jié)構(gòu)的分類及應(yīng)用概述 1
1.1 高溫?zé)岘h(huán)境來(lái)源 1
1.1.1 氣動(dòng)加熱 1
1.1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室熱環(huán)境 3
1.1.3 能源系統(tǒng)內(nèi)熱源 4
1.1.4 工藝加熱 5
1.1.5 火焰加熱 6
1.2 燒蝕型防熱復(fù)合材料 7
1.2.1 硅基類防熱材料 8
1.2.2 碳基類防熱材料 8
1.2.3 炭化類防熱材料 9
1.3 熱防護(hù)材料燒蝕性能分析方法 15
1.3.1 高溫?zé)峥己嗽囼?yàn) 15
1.3.2 理論分析方法 16
1.3.3 數(shù)值模擬方法 17
1.4 熱防護(hù)材料的多尺度燒蝕機(jī)理及模型研究動(dòng)態(tài) 19
1.4.1 燒蝕過(guò)程的分類 19
1.4.2 宏觀燒蝕機(jī)理及模型研究動(dòng)態(tài) 23
1.4.3 細(xì)觀燒蝕機(jī)理及模型研究動(dòng)態(tài) 33
參考文獻(xiàn) 35
第2章 防熱材料燒蝕問(wèn)題基本方程 41
2.1 熱分析動(dòng)力學(xué)方程 41
2.1.1 熱解動(dòng)力學(xué)方程 41
2.1.2 熱解反應(yīng)三因子求解方法 42
2.2 表面質(zhì)量轉(zhuǎn)換關(guān)系 44
2.3 氣體相擴(kuò)散控制方程 46
2.4 能量轉(zhuǎn)換關(guān)系 48
2.4.1 能量守恒方程 48
2.4.2 熱邊界條件 49
2.5 不同熱化學(xué)狀態(tài)材料熱物性參數(shù)確定方法 51
參考文獻(xiàn) 52
第3章 硅基類防熱材料宏觀燒蝕理論.53
3.1 硅基類防熱復(fù)合材料的燒蝕機(jī)理 54
3.1.1 靜態(tài)加熱條件下的熱分解特性 54
3.1.2 動(dòng)態(tài)燒蝕條件下燒蝕形貌分析 58
3.1.3 微觀結(jié)構(gòu)演化過(guò)程 60
3.2 宏觀表面燒蝕理論 69
3.2.1 表面燒蝕模型 69
3.2.2 表面燒蝕理論 70
3.2.3 燒蝕材料內(nèi)部熱傳導(dǎo)方程 77
3.2.4 算例分析 77
3.2.5 表面燒蝕性能影響因素分析 81
3.3 宏觀體積燒蝕理論 87
3.3.1 輻射熱流載荷下燒蝕形貌分析 87
3.3.2 體積燒蝕模型 91
3.3.3 體積燒蝕理論 92
3.3.4 體積燒蝕條件下熱響應(yīng)特性分析 101
參考文獻(xiàn) 108
第4章 碳基類防熱材料宏觀燒蝕理論 112
4.1 碳基類防熱復(fù)合材料的熱化學(xué)燒蝕機(jī)理 112
4.2 碳基類防熱復(fù)合材料的宏觀表面燒蝕理論 114
4.2.1 表面熱化學(xué)平衡方程 114
4.2.2 表面質(zhì)量守恒方程 116
4.2.3 表面能量守恒方程 118
4.2.4 C/C 復(fù)合材料的表面燒蝕過(guò)程分析 120
4.3 碳基類防熱復(fù)合材料的宏觀燒蝕–熱響應(yīng)耦合理論 121
4.3.1 內(nèi)部傳熱過(guò)程控制方程 121
4.3.2 表面燒蝕后退動(dòng)邊界問(wèn)題解決策略 122
4.3.3 C/C 復(fù)合材料典型熱環(huán)境燒蝕–熱響應(yīng)特性分析 124
4.4 改性碳基類防熱復(fù)合材料的表面熱化學(xué)燒蝕機(jī)理 128
4.5 改性碳基類防熱復(fù)合材料的宏觀表面燒蝕理論132
4.5.1 表面熱化學(xué)平衡方程 132
4.5.2 抗燒蝕組元擴(kuò)散方程 134
4.5.3 WC-C/C 復(fù)合材料的表面燒蝕過(guò)程分析 135
4.6 考慮纖維/基體燒蝕非同步效應(yīng)的宏細(xì)觀耦合燒蝕理論 137
4.7 改性碳基類防熱復(fù)合材料典型熱環(huán)境燒蝕–熱響應(yīng)特性分析 138
參考文獻(xiàn) 141
第5章 炭化類防熱材料宏觀燒蝕理論 142
5.1 炭化類防熱復(fù)合材料的裂解–阻塞防熱機(jī)理 142
5.2 炭化類防熱復(fù)合材料的宏觀燒蝕理論 146
5.2.1 熱解氣體質(zhì)量守恒方程 146
5.2.2 表界面層能量守恒方程 149
5.3 炭化類防熱復(fù)合材料熱解/傳導(dǎo)模型的數(shù)值實(shí)現(xiàn)方法 151
5.3.1 空間域及時(shí)間域離散化 151
5.3.2 熱解氣體質(zhì)量守恒方程離散化 152
5.3.3 能量守恒方程離散化 153
5.4 炭化類防熱復(fù)合材料典型工況防熱/隔熱性能分析 154
參考文獻(xiàn) 157
第6章 防熱材料的微細(xì)觀表面燒蝕理論 158
6.1 基于熱氧化反應(yīng)的微細(xì)觀表面燒蝕模型 159
6.2 基于有限體積法的微細(xì)觀表面燒蝕模型數(shù)值實(shí)現(xiàn) 160
6.2.1 氣相域–固相域演化過(guò)程控制方程 160
6.2.2 氣相–固相界面重構(gòu)方法 161
6.2.3 氣相域–固相域松耦合求解策略 166
6.2.4 微細(xì)觀燒蝕模型算例驗(yàn)證 168
6.3 防熱材料表面微觀燒蝕行為分析 170
6.4 防熱材料表面細(xì)觀燒蝕行為分析 175
6.4.1 三維四向編織復(fù)合材料細(xì)觀幾何模型 176
6.4.2 三維四向編織復(fù)合材料細(xì)觀燒蝕行為分析 179
參考文獻(xiàn) 187
第7章 防熱材料的細(xì)觀體積燒蝕理論 190
7.1 基于均勻性假設(shè)的體積燒蝕理論 190
7.1.1 內(nèi)部燒蝕傳熱控制方程 190
7.1.2 宏觀體積燒蝕模型的有限元實(shí)現(xiàn) 193
7.2 典型熱環(huán)境防熱材料內(nèi)部燒蝕–傳熱過(guò)程分析 198
7.2.1 吸熱機(jī)理對(duì)總吸熱量貢獻(xiàn)權(quán)重分析 198
7.2.2 熱解氣體流動(dòng)對(duì)傳熱過(guò)程的影響規(guī)律 200
7.2.3 溫度和內(nèi)壓分布 201
7.3 考慮細(xì)觀幾何特征的組分相細(xì)觀體積燒蝕理論201
7.3.1 組分相燒蝕–傳熱基本控制方程 201
7.3.2 組分相熱物理和熱輸運(yùn)性能預(yù)報(bào)方法 202
7.4 基于有限體積法的防熱復(fù)合材料細(xì)觀體積燒蝕理論 210
7.5 三維四向編織防熱復(fù)合材料內(nèi)部細(xì)觀體積燒蝕–傳熱過(guò)程分析 216
7.5.1 溫度響應(yīng)規(guī)律 217
7.5.2 內(nèi)壓響應(yīng)規(guī)律 220
7.5.3 內(nèi)部細(xì)觀燒蝕傳熱過(guò)程影響因素分析 223
參考文獻(xiàn) 227
第8章 防熱材料的燒蝕/剝蝕理論 229
8.1 體積燒蝕引起的防熱材料內(nèi)部損傷和力學(xué)性能衰減分析 229
8.1.1 熱–力–化多場(chǎng)耦合條件下的基本控制方程 229
8.1.2 基于熱和力學(xué)本構(gòu)關(guān)系的有限元實(shí)現(xiàn) 230
8.1.3 典型熱環(huán)境三維四向編織碳/酚醛復(fù)合材料熱損傷分析 236
8.2 防熱復(fù)合材料的細(xì)觀燒蝕/剝蝕機(jī)理及失效判據(jù) 241
8.2.1 纖維單絲折斷和剝落機(jī)理 241
8.2.2 2.5D機(jī)織防熱復(fù)合材料代表性單胞機(jī)械剝蝕機(jī)理及剝蝕判據(jù) 251
8.2.3 3D 編織防熱復(fù)合材料代表性單胞機(jī)械剝蝕機(jī)理及失效判據(jù) 255
8.3 防熱復(fù)合材料典型工況細(xì)觀燒蝕/剝蝕行為分析 262
8.3.1 燒蝕/剝蝕耦合策略 262
8.3.2 2.5D機(jī)織防熱復(fù)合材料的燒蝕/剝蝕行為分析 263
8.3.3 3D編織防熱復(fù)合材料的燒蝕/剝蝕行為分析 264
8.4 基于細(xì)觀機(jī)械剝蝕因子的防熱復(fù)合材料宏觀燒蝕/剝蝕模型修正.266
8.4.1 防熱材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征對(duì)燒蝕/剝蝕行為的影響規(guī)律 266
8.4.2 基于細(xì)觀燒蝕/剝蝕模型的機(jī)械剝蝕因子確定 268
參考文獻(xiàn) 271