2018传热传质学年会集

（中国空气动力研究与，空气动力学国家，绵阳( , ：陶瓷基复合材料在热防护性能和结构性能方面具有优势，但如多尺度、非线性和不均匀等0基于新型复合材料的防热承载一体的非烧蚀防热系统正成为新一代高超飞行器的新特（T--护系最著特。动性求致外会在构面成高热，再--、陶瓷基复合材料的耐高温低密度高比模抗氧化和抗烧蚀等性能优异，、本文以新一代高超声速飞行器所用连续纤维增韧陶瓷基复合防热材料为研1热防护材料建SiC基体组成。C/SiC复合材料使用Fig.1Three-dimensionalviewofneedle-punchedcarbonfiber-prefabricatedformandmicrostructurediagraminsidethefiberbundles维丝，PyCSiC（I2含有PyC层的纤维丝和纤维丝的六角排列模Fig.2FilamentcontainingpyrolyticcarbonlayersandthehexagonalarrangementmodelofSfiber r+d2

2

kZkfVfkPyCVPyC

其中，Vf，VPyC和Vm分别是细丝，界面层和基体的体积分数。对于横向传热系数，没有kXY,lower1

kf2

km

kXY,upperVfkf2

3D机织织物有多3D编织互锁织物，另一3D正交织物。3D2D3D织造织物，使用Z纱线穿过织物的所有厚度或层与层之间。1是典型的这种编织结构。三组不同的纱线组成，经纱（Y纱线（X纱线）和（Z纱线Z纱放置在预3D正交织物中，经纱和纬纱之间不存在交织，并且它们彼此垂直。另一方面，Z纱通过在纬纱上沿Y方向交织（向上和向下移动）来结合经纱和纬SEM图像。其他编织结构可以按照相同的方式根据其中间结构来建模。33D正交机织结构示意Fig.3Wovenstructurediagramof3D（a）X-Y平 （b）Z平4扫描电子显微镜观察中观结构特Fig.4Scanningelectronmicroscopyimageofmeso-structure5所示的介观结构模型。

5介观结构建Fig.5Meso-structureCT

T

T

T

p XxX YyY ZzZ keff

nqdcTup和Tdown分别是上表面温度和下表面温度。基于n

effneff V

T300碳纤维细丝制成。基于此，对材料的传热特性进行7μm，不同厂家有轻微的偏差。PyC层通常是均0.1μm[6]。当1〜10μm范围内的影响。纤维丝、PyC层和碳12T300碳纤维丝分析方法同SiC丝的复合材料传热特性研究。Table1ThermalpropertyparametersofT300andSiC部 导热系数k/（W/m‧K）密度ρ 比热Cp

kf1

kf2

表柱状和层状PyC的性质实验误 Table2Propertiesofcolumnarandlaminarpyrolytic 密度Ab

kf1

kf20-100°C10-

f1

f2PyC层的生长。因PyCPyC层厚度由于7还显示了纤维束的横向热导率作为纤维体积分数的函数。可以发现，随着纤Fig.6Variationofequivalentlongitudinalandtransversethermal ysisFig.7Variationofequivalentlongitudinalandtransversethermalconductivitieswithfibervolumein随着纤维束尺寸的增大，横截面积增大，RVE的长度和宽度增加，Z方向高度保95的RVE单元模型表面和纤维预制件的温度分布。可以发现，10中可以看出，随着层数的增加，Z方向等效热导率增加，但增加速率逐渐Z方向温度分布可以看出，除与加热面的第一层接Fig.8EquivalentspecificheatandthermalconductivityofbraidedunitcellwithdifferentsizeofFig.9Temperaturecontouronsurfacesofunitcellandfiber10多层电池中Z方向的热导率和温度梯度轮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