富氧环境下绝热层烧蚀模型

气相环境下EPDM绝热材料双区体烧蚀模型
王书贤;李江;蔡霞
【期刊名称】《推进技术》
【年(卷),期】2016(37)2
【摘要】针对气相环境下EPDM绝热材料的烧蚀行为建立了双区体烧蚀模型,着重考虑了沉积反应、气流剥蚀和膨胀现象.多孔介质区和固体区分开求解,采用交界面温度耦合的数值处理方法.对气相环境下的烧蚀实验开展了数值计算,分析了影响炭化层孔隙结构、质量烧蚀率的主要因素,计算结果与实验结果吻合较好.计算还获得了炭化层内烧蚀气体流速的量级是毫米到厘米,相对压强的量级是103~104Pa以及相对压强的分布情况.
【总页数】8页(P378-385)
【作者】王书贤;李江;蔡霞
【作者单位】西安航空学院;西北工业大学燃烧流动和热结构国家级重点实验室【正文语种】中文
【中图分类】V435
【相关文献】
1.过载条件下EPDM绝热材料烧蚀机理和模型研究(Ⅰ)——烧蚀机理分析
2.模拟过载条件下EPDM绝热材料烧蚀模型(Ⅱ)——考虑炭层孔隙结构的颗粒侵蚀模型
3.单纯热化学烧蚀环境下EPDM绝热材料炭化层结构特征分析
4.两相环境下EPDM绝热层多因素耦合烧蚀预估
5.气相燃气速度对EPDM绝热材料烧蚀的影响
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考虑沉积反应的绝热层多孔介质体烧蚀模型王书贤;李江【摘要】基于炭化层结构是存在致密层的非均匀多孔结构这一试验现象,建立了考虑沉积反应的多孔介质体烧蚀模型.重点突出了导致致密层形成的沉积反应的计算方法,以及和氧化反应共同作用对孔隙结构的影响,和对烧蚀率的影响.对烧蚀发动机三元乙丙绝热层烧蚀试验开展了数值计算验证,烧蚀率和孔隙结构分布均吻合较好.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2015(015)010【总页数】4页(P127-130)【关键词】体烧蚀模型;沉积反应;孔隙结构;致密层【作者】王书贤;李江【作者单位】西安航空学院,西安710077;西北工业大学燃烧、流动和热结构国家级重点实验室,西安710072【正文语种】中文【中图分类】V435.14绝热层烧蚀一直是固体火箭发动机的一个重要研究领域。

随着对烧蚀机理认识的不断发展深入，烧蚀模型也由早期的面烧蚀模型向多孔介质体烧蚀模型发展。

体烧蚀模型的显著特点是考虑炭化层和热解层的多孔结构对传热烧蚀的影响[1,2]。

近年来通过试验发现炭化层呈现上密下疏的非均匀多孔结构[3,4]。

对于致密层的形成，经分析认为由沉积反应导致的可能性最大[5]。

关于多孔炭化层的沉积现象早在1973年就曾提出，美国学者Clark在对20世纪60年代烧蚀研究进行总结的基础上提出[6]：热解气体在通过炭化层时发生异相沉积反应将影响炭化层密度，对炭化层的描述需要增加表达孔隙率变化的方程。

2006年Curry建立考虑沉积反应的体烧蚀模型[7]，在炭化层内发生的复杂物理化学过程中包含了沉积反应。

Ayasoufi在对飞行器再入大气的烧蚀计算中也采用了上述模型，并给出了CH4、C2H6、C2H4、C2H2混合气体的反应过程及反应速率指前因子和活化能[8]。

借鉴国外对沉积现象的处理方法，实时计算热解气体沉积造成的碳沉积量，并同步计算热解和氧化反应的质量消耗量，得到炭化层孔隙结构的生成、演化以及由此导致的一系列物性参数变化对绝热层传热烧蚀的影响。

强冲蚀条件下SRM绝热层烧蚀特性实验分析刘　洋,何国强,李　江,陈　剑,娄永春(西北工业大学航天学院,陕西西安　710072)摘　要:利用高过载收缩管实验发动机,开展了强冲蚀条件下的绝热层烧蚀特性研究。

实验结果表明:颗粒冲蚀区的炭化层厚度明显薄于非冲蚀区,且炭化层抗剪切能力较弱。

通过机理分析,认为高浓度颗粒流的强冲蚀对炭化层具有强烈的剥蚀作用。

结合数值计算方法,发展了一种利用少量烧蚀实验结果,获取大量烧蚀规律和信息的数据分析方法。

建立了实验条件下的高硅氧酚醛材料的烧蚀量和颗粒冲蚀状态之间的函数形式,并给出了颗粒冲蚀状态与烧蚀率之间的经验公式,具有较强的工程实用价值。

关　键　词:高浓度颗粒,固体火箭发动机(SRM),绝热材料,烧蚀中图分类号:V430 文献标识码:A 文章编号:1000-2758(2005)06-0746-04 目前固体火箭发动机(SRM)大多采用含铝推进剂,这种推进剂燃烧时会产生大量的凝相颗粒,发动机内流场是典型的两相流动。

对于高加速和强机动导弹来说,较高的过载会使发动机燃烧室内的凝相颗粒在局部高浓度聚集[1,2];此外对于装填比高的深窄翼槽装药,由于燃气通道比较狭窄,也容易形成颗粒高浓度聚集的情况。

这种颗粒聚集现象对发动机内流场和装药燃烧会产生很大的影响,并严重恶化发动机绝热材料的工作环境,甚至导致热防护失效,发动机壳体烧穿爆炸。

因此开展高过载强冲蚀条件下的绝热层烧蚀研究,对改进绝热材料配方,提高发动机抗过载能力具有重要意义。

国内外学者在过载对发动机的性能影响研究方面开展了一些工作[3～6],但由于缺乏有效的实验手段,对高浓度颗粒冲蚀条件下绝热层的烧蚀机理还缺乏必要的认识,工程上也没有可用的预示方法。

近几年西北工业大学的何国强、李江等人在高过载条件下的地面模拟实验方面开展了大量的探索性研究,找到了一种通过收缩管聚集产生高浓度颗粒流的实验方法,并得到了数值计算和实验的验证,这种方法克服了传统旋转试车台难以克服哥氏加速度的不足[7,8]。

绝热材料烧蚀测试及炭化层微区孔隙率处理方法绝热材料是一种重要的材料，广泛应用于航空航天、火箭发动机等领域。

然而，长期高温下的使用会导致绝热材料表面烧蚀，影响其性能和寿命。

因此，烧蚀测试和炭化层微区孔隙率处理方法成为了研究的热点。

一、烧蚀测试
烧蚀测试是评估绝热材料抗烧蚀性能的重要手段。

目前，常用的烧蚀测试方法有火焰烧蚀试验、等离子体烧蚀试验、电弧烧蚀试验等。

其中，火焰烧蚀试验是最常用的方法之一。

该方法通过将绝热材料暴露在高温火焰下，观察其表面烧蚀情况，从而评估其抗烧蚀性能。

二、炭化层微区孔隙率处理方法
炭化层是绝热材料表面形成的一层炭化物，具有很好的抗烧蚀性能。

然而，炭化层中存在着微区孔隙，这些孔隙会影响其性能。

因此，炭化层微区孔隙率处理方法成为了研究的热点。

目前，常用的炭化层微区孔隙率处理方法有金相显微镜观察法、扫描电子显微镜观察法、X射线衍射法等。

其中，金相显微镜观察法是最常用的方法之一。

该方法通过对炭化层进行金相制备，然后在金相显微镜下观察其微区孔隙情况，从而评估其孔隙率。

三、结论
绝热材料烧蚀测试和炭化层微区孔隙率处理方法是评估绝热材料性能的重要手段。

通过烧蚀测试和炭化层微区孔隙率处理，可以评估绝热材料的抗烧蚀性能和炭化层的孔隙率，为绝热材料的研究和应用提供了重要的参考。

亠星如無INDUSTRIAL HEATING・38・2021年第50卷第5期Vol. 5 0 No.5 2021DOT 10. 3969/j. issn. 1002-1639.2021.05. 010碳/碳复合材料表面烧蚀研究进展D j（西安航空职业技术学院航空材料工程学院，陕西西安710089）摘要:碳/碳复合材料作为碳基复合材料的一种，因其具有耐高温、耐高压、耐表面烧蚀及抗辐射等优越性能，在航空航天领域发挥着重要的作用（ 碳合材 环境为高温富氧条件下时， 出现表面烧蚀的 ，因 年的研究大多集中在 改善高温的.通过介绍碳/碳复合材料表面烧蚀机理，从验和模拟两方面综述了高温氧化烧 /碳复合材料的研究进，从为碳/碳复合材料的研究 提定的参考意义（关键词:碳/T合材料;表面烧蚀;研究进展中图分类号:TQ314. 248文献标志码:A文章编号：1002-1639（2021 ）05-0038-03Research Progres t ic Ablation of Carbon / Carbon CompositetANNa(XiWn Aeronautical Polytechnic Institute ，Colleae of Aeronautical Materiale Engineering ，XiWn 710089，China)Abstract : As a kind of carbon matrix composite ，carbon / carbon composite plays an important role in the fielO of aerospace because of its hightemperature resistance ，high pressure resistance ，suOace erosion resistance and radiation resistance. However ，when the environme n t of carbon / carbon composite material s is high temperature and rich oxyyen ，the suOace ablation problem appears. So in recent years ，most of the re ­search focuses on how / improve the high temperature and ease / oxidize. By introducing the ablation mechanism of carbon / carbon compos ­ite material s ，the research proxress of high temperature oxidation ablation of carbon / carbon composite material s is summarized from two as-pecW of experiment and simulationse as / provide some reference significance for the research and development of carbon composites materi-ae.Key W o /s ： carbon / carbon composite ； suOace ablation ； research provress碳基复合材料一般是指以碳纤维或者碳化硅作为 强体加 材料中 备的复合材料，而C/C 合材 合材料中的一种［1］（ 碳合材 有高强度、高模量、高韧性、隔热 多能， 天域中使用的重要材料，长期以C/C 复合材 存在 研究 ， 在富氧高温环境下其表面的 烧蚀比较严重（见图1）（研究表明，如果C/C 复合材料表面 重为1% ，其材 的强度 下 10%; 重 10% ，其材料强度急速下 50%o C/C 复合材料主要用于 （火箭部 、洲际弹、特种飞机），其服役的环境极其恶虐，在 穿 气 程中，复合材 受 的影响。