目录
摘要 ............................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................................. I I 第1章绪论 . (1)
1.1 课题背景和意义 (1)
1.2 碳纤维复合材料传热性能研究现状 (2)
1.3 格子Boltzmann方法在传热方面的研究现状 (4)
1.4 主要研究内容 (7)
第2章格子Boltzmann方法及程序验证 (9)
2.1 格子Boltzmann方程 (9)
2.1.1 格子Boltzmann传递方程 (9)
2.1.2 BGKW近似 (11)
2.1.3 声子热输运的格子Boltzmann方程 (11)
2.1.4 光子辐射传输的格子Boltzmann方程 (13)
2.1.5 辐射—导热耦合换热的格子Boltzmann方程 (14)
2.2 格子Boltzmann方法的离散速度模型 (16)
2.2.1 一维模型 (16)
2.2.2 二维模型 (17)
2.2.3 三维模型 (19)
2.3 格子Boltzmann方法的平衡分布函数 (20)
2.4 边界条件 (21)
2.4.1 启发式格式 (21)
2.4.2 动力学格式 (22)
2.4.3 外推格式 (22)
2.4.4 曲面边界 (23)
2.5 几何模型及计算参数 (24)
2.6 模拟程序结构及程序验证 (24)
2.6.1 格子Boltzmann方法的程序结构 (25)
2.6.2 导热计算程序的验证 (26)
2.6.3 辐射计算程序的验证 (26)
2.6.4 辐射—导热耦合计算程序的验证 (28)
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2.7 本章小结 (29)
第3章碳纤维复合材料的导热和辐射传热性能 (30)
3.1 3D编织结构导热换热计算 (30)
3.1.1 热导率和热扩散率 (30)
3.1.2 无量纲温度 (33)
3.1.3 无量纲热流 (35)
3.2 不同编织结构导热换热计算 (36)
3.3 3D编织结构辐射换热计算 (38)
3.3.1 当量热导率和当量热扩散率 (38)
3.3.2 无量纲温度分布 (41)
3.4 不同编织结构辐射换热计算 (42)
3.5 本章小结 (44)
第4章碳纤维复合材料的辐射—导热耦合传热性能 (46)
4.1 3D编织结构辐射—导热耦合换热计算 (46)
4.2 不同编织结构辐射—导热耦合换热计算 (52)
4.3 本章小结 (55)
结论 (57)
参考文献 (59)
攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果 (64)
哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限 (65)
致谢 (66)
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第1章绪论
1.1课题背景和意义
随着科技的不断发展和进步，复合材料的相关应用领域也迅速扩展，周围的工作介质、环境温度和压力等都会对材料的性质产生影响。例如在航天航空领域，设备长期处于高温强辐射的工作环境。传统单相材料，如金属，因其具有导电性和抗腐蚀性较低，在一些特定的领域受到了限制，例如在空间光学遥感器的研究方面[1]。为了应对这些问题，世界各国的科研学者加紧了寻找新型复合材料的步伐。
碳纤维复合材料是近代崛起的一种新型材料，并在各个领域中都显示出了强大的生命力[3,4]。碳纤维复合材料是以树脂为基体，碳纤维为增强体的新型复合材料[2]。与单一材料相比，其优异的综合性能引起人们的广泛关注与研究。碳纤维复合材料具有固有本征特性和柔软可加工性使其成为军民两用的增强纤维。碳纤维复合材料为各向异性材料，和金属材料相比，具有密度小、比强度、比模量高、设计上先进，抗疲劳性强、抗震性能好、高温性能好、破损安全性高及易于大面积整体成型等特点。因此被广泛应用在民用、军事等各领域，碳纤维复合材料所展示出的优异性能已使它成为航空航天领域中一种不可或缺的多功能特种工程材料[5]。
目前，碳纤维复合材料的热学和力学性能已经得到优化，同时也具备了优异的电磁性能、光学性能以及某些生物性能等。为了满足国防、信息、能源及生命技术等领域的需求，发展高性能和功能性结合的碳纤维复合材料迫在眉睫。碳纤维复合材料可用于高温蓄热材料，在使用过程中能够吸收更多的热量；还可以用作热防护材料，这就期望其热导率为较小的值，减小使用过程中高温对设备产生的损伤。鉴于碳纤维复合材料在热防护方面越来越广泛的应用，对于不同编织结构的导热性能的研究更加紧迫。
为了进一步改进或提高碳纤维复合材料制成的装置和系统的热设计，研究其辐射传递，从而深入地了解其辐射换热机制和规律有着极其重要的意义。电磁波进行能量传递时，不需要物体间的直接接触，在一个辐射换热系统中，某一微元可能与整个系统的其余部分直接进行热量交换，这与导热和对流换热接触传热相比具有很大的不同，并且研究上更加困难。对于辐射传递问题的研究，数值方法
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